[논문]가상 전장 환경과 가상 무인로봇을 활용한 군 작전 수행 모의 시뮬레이터 연구

이준표; 박진양; 김효남

문제 정의

통제 장치 소프트웨어의 구성은 상황처리 모듈을 통한 로봇 및 임무장비의 상태정보 전시, 위치 정보 전시, 각종 영상전시와 정보처리 모듈을 통한 임무계획, 대응방안 제공 등의 알고리즘을 제공한다. 또한 훈련자의 햅틱 제어 신호를 가상 로봇에 전송하여 원격 조정이 가능하도록 한다. 표 3은 통제장치 소프트웨어의 주요 구성 항목을 보인다.
본 논문에서는 가상의 무인로봇을 활용한 실 전투를 대비하기 위한 전장 환경 시뮬레이션 기술과 장치를 제안한다. 제안하는 시뮬레이션 장치는 로봇과 전장을 모델링하여 훈련자에게 제공하는 전장환경 시뮬레이션 통제기와 전장시연기 그리고 가상로봇을 통제하고 타 체계와의 정보 공유를 수행하는 시뮬레이션 통제장치로 구성되어 진다.
이와 같은 무인로봇의 효율적인 활용을 위해서는 다양한 전투 실전 경험이 무엇보다 중요하다. 본 논문은 미래 전투에서 핵심적인 역할을 수행하는 무인로봇을 활용하여 가상 전투 훈련을 가능하게 하는 전장 시뮬레이터 활용 시뮬레이션 기법과 그 장치를 제안한다. 제안하는 시뮬레이션 장치는 무인로봇과 전장을 3차원으로 모델링하여 훈련자에게 제공하는 전장 환경 시뮬레이션 통제기 및 전장 시연기와 가상로봇을 통제하고 타 체계와의 정보 공유를 수행하는 시뮬레이션 통제장치로 구성한다.
SATURN은 무인로봇과 무인항공기의 통합 형태로 전투지역의 정찰뿐만 아니라 위험 요소들을 찾을 수 있다. 영유지의 정찰을 위해 무인항공기와 무인로봇을 지상 및 항공에 배치시키는 것이 주된 목적이다. 무인항공기는 개방된 공간을 비행하며 적군을 찾아내는 역할을 수행하는 반면, 무인로봇은 빌딩 사이를 달리며 창문의 개폐 여부를 판단한 뒤, 숨어있는 적군을 다양한 센서를 이용해서 탐색해 낸다.

제안 방법

2008년 9월에 이미 성공적인 기술 시범을 통해 중간 결과를 공개한 바 있어 앞으로 이를 바탕으로 다양하고 지속적인 기술 개발이 이루어질 것으로 예상된다. 개발된 다목적 견마로봇은 중형차 정도의 크기로 제작되었으며 암-휠 구동 메커니즘을 이용해 기존 형태의 이동 플랫폼에서는 불가능했던 바위, 돌 등의 험지 장애물을 자유롭게 넘어갈 수 있다. 특히 지도상에 표기된 다수의 경로점을 따라 주변 환경을 실시간으로 인식하고 자율 주행하는 기능을 가지며 필요 시 원격 주행도 가능하도록 설계되었다.
그림 4는 일본의 대도시 대재난 경감 프로젝트[9-12]를 통해 위험 지역에서 임무를 수행을 위해 개발된 다양한 형태의 무인로봇들을 보인다. 개발된 무인로봇들은 지진으로 인한 도시 건축물 붕괴 지역에서 가능한 빠른 시간 내에 생존자들을 탐사하고 지진 지역에 대한 다양한 정보 수집을 수행하기 위한 목적을 가지며, 이를 위해 붕괴 현장의 좁은 공간이나 건축물 잔해가 있는 험지에서도 부여된 임무 수행이 가능하기 위해 움직임이 자유롭도록 다양하고 독특한 형태를 가지는 로봇들이 개발되었다. 이를 위해 기존 차륜형이나 단순 궤도형이 접근하기 어려운 지형에 접근하기 위해서 다관절 뱀형(snake type) 로봇으로 뱀의 운동성을 생체 모방하여 개발하고 있다.
통제장치에 공급되는 전원에 문제가 발생할 경우 일정 시간동안 로봇의 운용이 중지될 수 있다. 따라서 제안하는 통제장치에 일정 시간동안 로봇의 운용을 보장하기 위해 무정전 전원공급기를 장착함으로써 전원 공급의 문제가 발생할 시에도 지속적인 가상로봇의 운용을 가능하게 한다. 로봇이 전송한 데이터를 지속적으로 관리하는 데이터베이스를 장착한 서버와 이중화 장비에 운용자 입력을 조정하는 컨트롤 스위치를 사용한다.
본 논문에서 제안하는 시뮬레이션 장치는 무인로봇과 전장을 3차원으로 모델링하여 훈련자에게 제공하는 전장 환경 시 뮬레이션 통제기와 전장시연기 그리고 가상로봇을 활용 목적과 부여된 임무에 따라 실시간으로 통제하고 타 체계와의 정보 공유를 수행하는 시뮬레이션 통제장치로 구성된다. 제안된 가상로봇 가상훈련을 위한 전장 환경 시뮬레이션 기술과 장치를 통해 수행된 다양하고 체계적인 전투 훈련을 바탕으로 실전에서의 효과적인 무인로봇의 작전 수행이 가능해질 뿐만 아니라 타 전투 체계와의 실시간 전장 정보 공유를 통한 미래 네트워크 중심전에서도 주요한 역할을 수행할 것으로 기대한다.
그림 15는 가상 무인로봇의 전방 카메라를 통해 생성된 영상이 전장시연기에서 전시되는 화면을 보인다. 여기서 훈련자의 임무 수행을 위해 설정된 지역에서의 방향 파악을 위한 방위각 정보와 주행모드, 임무모드, 충돌경보 등의 이동 및 작전 정보를 실시간으로 제공한다.
이를 위해 기존 차륜형이나 단순 궤도형이 접근하기 어려운 지형에 접근하기 위해서 다관절 뱀형(snake type) 로봇으로 뱀의 운동성을 생체 모방하여 개발하고 있다. 유연한 움직임을 만들어 내기 위해 몸체의 주변에 휠(wheel)과 패들(paddle)을 적용하였으며, 각각의 관절은 모터, CPU, 배터리를 가지고 각 관절이 뱀의 운동성을 모방하여 독립적으로 동작한다. 또한 여러 개의 관절을 개별적인 통제가 필요하기 때문에 기존의 궤도형이나 차륜형과는 다른 컨트롤 방법이 필요하므로 다양한 햅틱형 컨트롤러 개발이 병행되었다.
본 논문에서는 가상의 무인로봇을 활용한 실 전투를 대비하기 위한 전장 환경 시뮬레이션 기술과 장치를 제안한다. 제안하는 시뮬레이션 장치는 로봇과 전장을 모델링하여 훈련자에게 제공하는 전장환경 시뮬레이션 통제기와 전장시연기 그리고 가상로봇을 통제하고 타 체계와의 정보 공유를 수행하는 시뮬레이션 통제장치로 구성되어 진다. 훈련자는 각각 전장시연기와 통제장치에 위치하여 훈련을 수행한다.
본 논문은 미래 전투에서 핵심적인 역할을 수행하는 무인로봇을 활용하여 가상 전투 훈련을 가능하게 하는 전장 시뮬레이터 활용 시뮬레이션 기법과 그 장치를 제안한다. 제안하는 시뮬레이션 장치는 무인로봇과 전장을 3차원으로 모델링하여 훈련자에게 제공하는 전장 환경 시뮬레이션 통제기 및 전장 시연기와 가상로봇을 통제하고 타 체계와의 정보 공유를 수행하는 시뮬레이션 통제장치로 구성한다. 시뮬레이션 통제장치는 햅틱 장치를 이용하여 입력된 운용자의 가상 무인로봇의 주행 플랫폼 및 임무장비 제어신호를 전송하여 원격에서 가상의 무인로봇의 동작을 효과적으로 제어하기 위한 시스템이다.
개발된 다목적 견마로봇은 중형차 정도의 크기로 제작되었으며 암-휠 구동 메커니즘을 이용해 기존 형태의 이동 플랫폼에서는 불가능했던 바위, 돌 등의 험지 장애물을 자유롭게 넘어갈 수 있다. 특히 지도상에 표기된 다수의 경로점을 따라 주변 환경을 실시간으로 인식하고 자율 주행하는 기능을 가지며 필요 시 원격 주행도 가능하도록 설계되었다.

성능/효과

그림 1은 미국에서 연구 개발된 무인로봇인 MAARS(modular advanced armed robotic system)[6]을 보인다. 명령과 제어, 상황인식, 기동성, 이동성, 치사율 그리고 안전성 등 모든 면에서 기존 시스템보다 개선되었다. 이 무인 무인 로봇에 장착된 매니퓰레이터 암(manipulator arm)을 활용하여 무기 모듈들을 쉽게 이동할 수 있고 재 장착할 수 있다.
특히 함대함전 전투효과 측정 시뮬레이션에서 제공되는 적군과 아군간의 함대함전에서 아군은 네트워크를 통한 실시간 정보 공유 및 정보 융합을 할 수 있는 반면 적군의 경우 단순 정보 공유 기능만을 제공하는 것으로 하였다. 이와 같은 사전 환경 설정을 통해 수행된 실험에서 다소 전력이 열세일 경우에도 손실 없이 전투를 승리로 이끄는 것을 확인하였으며 이와 같은 사전 시뮬레이션을 통해 실 전투의 결과를 미리 예측하는 것이 가능하다.
그림 8과 9는 네트워크 형태로 이어지는 전투 상황의 실전적 묘사를 위해 병력의 배치와 무기 특성에 따라 교전이 이루어지는 화면[20]과 함대함전을 바탕으로 이루어지는 전투효과 측정을 위한 시뮬레이션 화면을 보인다. 특히 함대함전 전투효과 측정 시뮬레이션에서 제공되는 적군과 아군간의 함대함전에서 아군은 네트워크를 통한 실시간 정보 공유 및 정보 융합을 할 수 있는 반면 적군의 경우 단순 정보 공유 기능만을 제공하는 것으로 하였다. 이와 같은 사전 환경 설정을 통해 수행된 실험에서 다소 전력이 열세일 경우에도 손실 없이 전투를 승리로 이끄는 것을 확인하였으며 이와 같은 사전 시뮬레이션을 통해 실 전투의 결과를 미리 예측하는 것이 가능하다.

후속연구

로봇 주행 제어기술 분야 및 로봇 시스템은 국방부가 담당하고 통신 및 원격통제장치 분야는 지식경제부가 주도적으로 개발하고 있다. 2008년 9월에 이미 성공적인 기술 시범을 통해 중간 결과를 공개한 바 있어 앞으로 이를 바탕으로 다양하고 지속적인 기술 개발이 이루어질 것으로 예상된다. 개발된 다목적 견마로봇은 중형차 정도의 크기로 제작되었으며 암-휠 구동 메커니즘을 이용해 기존 형태의 이동 플랫폼에서는 불가능했던 바위, 돌 등의 험지 장애물을 자유롭게 넘어갈 수 있다.
본 논문에서 제안하는 시뮬레이션 장치는 무인로봇과 전장을 3차원으로 모델링하여 훈련자에게 제공하는 전장 환경 시 뮬레이션 통제기와 전장시연기 그리고 가상로봇을 활용 목적과 부여된 임무에 따라 실시간으로 통제하고 타 체계와의 정보 공유를 수행하는 시뮬레이션 통제장치로 구성된다. 제안된 가상로봇 가상훈련을 위한 전장 환경 시뮬레이션 기술과 장치를 통해 수행된 다양하고 체계적인 전투 훈련을 바탕으로 실전에서의 효과적인 무인로봇의 작전 수행이 가능해질 뿐만 아니라 타 전투 체계와의 실시간 전장 정보 공유를 통한 미래 네트워크 중심전에서도 주요한 역할을 수행할 것으로 기대한다.
또한 전장 환경 시뮬레이션 통제기는 각기 다른 전투 시나리오를 바탕으로 가상로봇의 역할과 전장 환경을 모의하는 역할을 수행한다. 제안하는 장치를 통해 제공되는 다양하고 체계적인 전투 훈련을 바탕으로 실전에서의 효과적인 무인로봇의 작전 수행이 가능해질 것이다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	실 전투를 대비한 새로운 개념의 전장 환경 시뮬레이션 기술과 장치가 요구되는 이유는 무엇인가?	또한 실 운용이 가능한 시뮬레이터 장치 역시 다양한 전장 환경과 군 작전을 반영하여 개발되고 있다. 그러나 현대 정보기술의 지속적인 발전은 무인화 및 자율화를 기반으로 한 전투 환경의 급격한 패러다임의 변화를 야기했으며 이로 인해 실 전투를 대비한 새로운 개념의 전장 환경 시뮬레이션 기술과 장치가 요구되고 있다. 특히, 미래에 전개될 군사 분야에서는 무인로봇의 역할이 그 중심이 될 것으로 예상되고 있다.
	미래에 전개될 군사 분야에서는 무인로봇의 역할이 그 중심을 이룰 것이라 보는데 그 이유는 무엇인가?	무인로봇을 활용함으로써 병력의 손실을 최소화하는 동시에 전장에서의 다양한 정보수집 및 표적식별과 추적 및 지뢰 제거 등의 주요 임무와 표적을 공격하여 파괴하는 역할을 수행하는 것이 가능하다. 이와 함께 병력이 접근하기 어렵거나 위험이 예상되는 지역에 대한 전투 임무를 대신하여 수행하는 동시에 영상 센서를 통해 취득된 영상을 타 전투체계에게 제공하여 최종적인 전투 수행 역량의 극대화를 이끌어내는 중심적인 역할을 수행할 수 있다. 이와 같은 무인로봇의 효율적인 활용을 위해서는 다양한 전투 실전 경험이 무엇보다 중요하다.
	실 전투에서의 효과적인 전투 수행 능력을 향상시키기 위한 노력으로 무엇을 하고 있는가?	최근에는 실 전투에서의 효과적인 전투 수행 능력을 향상시키기 위한 노력으로 컴퓨터를 활용하여 전투 훈련을 수행하는 전장 환경 시뮬레이터에 대한 연구가 지속되고 있다. 또한 실 운용이 가능한 시뮬레이터 장치 역시 다양한 전장 환경과 군 작전을 반영하여 개발되고 있다.

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