사업분야

무인이동체 공통기술개발 / 탐지 및 인식

과제명

3D 영상센서와 초소형 라이다(LiDAR)를 결합한

차세대 3D인식 복합센서모듈 기술개발

개요

◦ 정의 : 장애물 회피 및 충돌 방지를 위한 실시간 3차원 영상센서와 초소형 라이다(LiDAR)를 결합한 새로운 3D인식 복합센서 모듈 개발 및 장애물 탐지 및 회피를 위한 3D 공간정보제공기술 개발

◦ 필요성 :

- 무인이동체의 자율이동을 위하여 실시간으로 무인이동체 주변의 장애물을 인식하고 이를 회피하는 기능의 탑재가 필요함

- 다양한 외부환경에서 장애물 탐지를 위한 영상 센서가 필요하지만, 기존의 카메라 영상정보는 데이터 처리 용량의 증가 및 실시간 이미지처리의 어려움으로 사용의 제약이 있음

- 이를 극복하기 위한 방안으로 다양한 외부환경에서 장애물 탐지 및 비행체간의 충돌 방지를 위하여 데이터 처리 용량이 적고, 거리 측정 오차가 적은, 3D 영상센서 및 초소형 라이다를 개발할 필요성이 제기됨

- 무인이동체에 적용하기 위해서는 부피 및 소비전력이 적으면서도 주변의 장애물을 고속으로 탐지할 수 있는 초소형 라이다 개발이 필요

- 3차원 영상센서와 초소형 라이다 센서의 장점을 결합하여 복합적으로 운용하여 무인이동체 주변의 장애물 감지 능력을 향상시키고, 안정적으로 제어할 수 있는 운용시스템에 적용될 필요가 있음

◦ 국내외 동향

<해외>

- 소형무인기의 자율비행을 위해서 중국, 미국, 유럽 등의 소형무인기 제작 회사들을 중심으로 관성항법장치 기반의 독자적인 Autopilot을 개발하고 판매 중이나 복합영상센서를 이용한 자율비행 센서모듈은 개발된 바 없음

- 3DRobotics(미국), Yuneec(홍콩), Baidu(중국) 등 소형무인기 개발 관련 업체 외에도 Intel(미국), Qualcomm(미국) 등 칩셋 업체들이 참여하여 드론코드 프로젝트(dronecode.org)를 구성 하였으며, 최근 스위스 Computer Vision and Geometry Lab of ETH Zurich를 주체로 한 PIXHAWK 프로젝트를 통해 저비용 고효율의 PX4 autopilot과 OS를 개발하였으며 3DRobotics社는 이것들을 사용하는 소형무인기를 제작하여 판매 중임

- Canesta(미국)은 광센서 자체 개발 및 다수의 원천 특허를 보유하고 있으며 PMD(독일)은 자동차 응용을 위해, 3DVsystem(이스라엘)은 게임, UI 등의 응용, Axi-Vision(일본)은 HD급 TV용으로 개발 중에 있음

- 자동차용 라이다는 Velodyne 등 몇 개 회사에서 상용화에 근접해 있으나, 탑재용량을 고려한 초소형 시스템은 세계적으로 연구 초기단계임

<국내>

- 중소기업 및 대기업 중심으로 관련 연구가 수행 중에 있으나, 관성항법장치에 기반한 항법 장치 개발에 집중하고 있음. 복합영상에 기반을 둔 항법기술 및 3차원 영상정보 획득에 관한 연구는 진행되고 있지 못함

연구목표

◦ 최종목표 :

- 3차원 영상센서와 MEMS 기술 기반 초소형 라이다(LiDAR)의 개발

- 두 센서의 장점을 결합한 3D 인식 복합센서모듈 개발

- 장애물 탐지 및 회피를 위한 3차원 복합영상처리 기술개발

◦ 세부목표

세부목표 1: 저전력/고해상도 3D 영상센서 개발

세부목표 2: MEMS 광 scanner를 적용한 초소형 라이다(LiDAR) 개발

세부목표 3: 3D 인식 복합센서를 사용한 장애물 탐지 및 추적 시연

◦ 년도별 산출물 및 평가방법

- (1차년도) 3차원 광센서와 초소형 라이다 기반 복합영상센서 도면 작성

- (2차년도) 복합영상센서 시제 제작 및 성능시험

- (3,4차년도) 복합영상센서 무인이동체 적용 장애물탐지 및 인식 시연

◦ 최종산출물

- 3차원 영상센서와 초소형 라이다(LiDAR) 기반 3D인식 복합영상센서모듈

- 복합영상센서 데이터처리 SW모듈(미션 컴퓨터 데이터 통신용 SW Firmware 및 Driver)

개발요구사항

◦ 제원 : 3차원 영상센서와 초소형 라이다(LiDAR)를 결합한 3D인식 영상복합센서모듈 개발 및 장애물 및 궤적 탐지를 위한 복합영상센서 데이터처리 SW모듈

◦ 성능요구조건 :

H/W :

- 무인이동체 탑재를 위한 경량, 저전력 3D 고해상도 영상센서

센서 경량화를 위한 얇은 두께의 광센서 설계

주야간 거리측정이 가능한 적외선 기반 광변조기 개발

- 무인이동체 탑재를 위한 초소형 라이다(LiDAR) 모듈개발

LiDAR 시스템의 소형화를 위한 MEMS scanner 개발

- 무인이동체의 운용성능을 고려한 기계적/전기적 제약 사항

무인이동체 운용시간에 미치는 영향을 고려하여 센서모듈중량 및 소모전력 최소화 필요

S/W :

- 3D 복합영상센서 모듈로부터 얻은 센서정보 처리(장애물탐지 및 궤적추적)

◦ 환경조건 :

- 동작 온도 : –10 ℃ ~ 60 ℃

◦ 시험절차 :

- 무인이동체 테스트베드를 표준 시험기체로 활용

- 실내환경에서 3D 복합영상센서를 이용한 장애물 탐지 및 이동장애물 추적

기대효과

◦ 이용가능 분야 : 육상, 공중

◦ 경제적 효과 : 장애물 회피 성능을 위한 3D 복합영상센서 모듈 개발은 무인이동체의 협업 및 자율이동을 위한 기반 기술로 무인이동체 활용성 증대에 기여할 것으로 기대됨

◦ 기술적 효과 :

3D 복합영상센서 모듈에 적용된 고해상도 3차원 영상센서 및 초소형 라이다 기술은 무인이동체의 vision 기술과 연계하여 탐지시스템, 웨어러블 증강현실 장비 및 3차원 디스플레이 장비 등에 적용이 가능함

복합영상센서 신호처리 기술은 3차원 공간정보 획득을 통하여, 무인이동체를 이용한 3차원 공간정보 매핑기술에 적용이 가능함

특기사항

◦ 공통기술 핵심과제로 효율적인 과제수행을 위하여 통합사업단 인력 연계 필요

◦ 사업기간 내 TRL6 단계 이상의 기술완성도 확보

◦ 사업단에서 반기마다 무인이동체 미래선도 핵심기술개발사업 통합 기술워크숍을 통하여 과제간 기술 및 산출물의 공유, 연계가 가능하도록 지원하며, 기술적 사용과 달성레벨을 점검하여 과제별 융합 연계를 강화하고자 함.

◦ 국가과학기술연구회 공동TLO와 기술사업화 전문관리 추진체계를 구축하고, 과제 수행 단계별 지적재산권의 창출‧활용‧사후관리를 통한 기술 경제성 확보 지원

- 과제 초기 3개월간 공동TLO 주관으로 IP권리화 전략 컨설팅 집중 지원

- 공동TLO 주관 아이디어 발굴에서 IP의 출원-심사-등록의 전 과정을 지원

- 공동TLO와 사업단이 개발기술‧IP를 기술상품화하고, 수요기업과의 매칭 등과 같은 마케팅 업무를 공동으로 수행

※ 특허출원에 소요되는 비용은 주관기관 또는 참여기관에서 부담.

연구기간

및연구비

◦ 연구기간 : 2016. 9 ~ 2019. 7, 1차년도 2016. 9~2017. 7(11개월)

◦ 연구비 : 2016년 정부출연금 6억원 지원,

- 총사업비(정부출연금) 17억원 지원

※ 참여기업(주관기관 또는 참여기관)이 있을 경우 관련 규정에 따라 민간부담금을 부담하여야 함.

정부출연금 지원규모는 정부 예산 등의 사정에 따라 변동될 수 있음.

[참고사항] 연차 구분

- 1차년도 2016. 9 ~ 2017. 7 (11개월)

- 2차년도 2017. 8 ~ 2018. 5 (10개월)

- 3차년도 2018. 6 ~ 2019. 3 (10개월)

- 4차년도 2019. 4 ~ 2019. 7 (4개월)

※ 정부시책에 따라 연차별 기간은 변동될 수 있음.

추진체계

◦ 주관기관 : 연구계/학계/산업계

과제계획서 주요평가 사항

◦ 개발 기술의 시험평가 (모사시험 및 비행시험) 계획의 구체성

◦ 개발 기술의 신뢰성 확보 및 검증 방안

◦ 개발 기술의 범용성 및 확장성

◦ 본 과제에 대한 중복연구를 방지하고 “필수기술에 대한 단기적 역량 집중 및 성과창출”을 위해, 産·學·硏 내 旣 보유개발기술에 대한 조사를 수행하여  이러한 旣 보유개발기술과 본 과제 필수기술과의 차별성, 및  旣 보유개발기술을 본 과제 수행에 연계·활용할 수 있는 구체적인 방안을 기재할 것

(※ 이와 관련된 사항은 동 사업설명회 참조 또는 국가과학기술연구회 공동TLO와의 협조 요망)

사업분야

무인이동체 공통기술개발 / 탐지 및 인식

과제명

실시간 3차원 복합정보지도 구축 및 최적이동경로 생성기법 개발

개요

◦ 정의 : 이종 융복합 센서정보를 이용한 실내외 3차원 고정밀 복합지도의 실시간 구축 및 이를 이용한 실내외 위치 추정 및 최적이동경로 생성기법 개발

◦ 필요성 :

- 무인이동체의 원격 임무 수행을 위해서는 무인이동체 주변 상황의 공간정보데이터베이스가 필수적으로 요구됨

- 제2차 공간정보산업진흥 기본계획”등의 국가정보산업 계획을 통해 공간정보 데이터베이스가 구축될 예정이나, 공간정보가 제공되지 않는 실내환경 및 재난상황 및 환경변화로 인해 공간정보와 실제 환경이 차이가 있는 경우, 무인이동체 주변 공간정보를 획득하기 위한 실시간 3차원 정보지도 구축기술이 필수적임.

- 또한, 구축된 공간정보 데이터를 이용해서 효율적인 무인이동체 임무수행을 위해서는 무인이동체 위치추정 및 최적이동경로를 생성하는 기술이 필요함.

- 이와 관련, 미국 등의 무인기술 선진국 또한 무인이동체 네비게이션 시스템 개발에 관한 연구는 비교적 최근에 시작하여 기술 완성도가 낮음. 따라서 시장 진입이 수월하며, 경쟁력을 확보할 수 있음.

◦ 국내 동향

- LiDAR 기반 지도 작성은 대부분 모바일 로봇을 이용한 SLAM 기술에 치중되어 있으며 무인이동체에 공통적으로 활용 가능한 실내외 3차원 지도 연구는 거의 수행되지 않음.

- LiDAR등의 센서를 통한 위치 인식 및 주행하는 방법이 아닌, 3차원 지도상에서 영상 기반으로 자신의 위치 추정 및 이동하는 기술은 개발되지 않음.

◦ 국외 동향

- 해외의 연구팀(미시간, 카네기 멜론 대학 등)이 카메라와 LiDAR 융합을 통한 3차원 지도 생성을 연구 중이며, 최근 소형무인기에 적용한 사례가 보고되고 있음.

- 생성된 지도에서 영상 기반의 위치 추정에 대한 연구는 시작 단계이며, 무인이동체 경로 생성 및 제어 등과 같은 운용에 융합된 사례는 전무함.

연구목표

◦ 최종목표 : 실시간 3차원 복합정보지도 구축 및 실내외 위치 추정을 통한 최적이동경로 생성 S/W 개발

◦ 세부목표 :

LiDAR와 전방위 카메라의 융합을 통한 실내외 3차원 지도 생성 기술 개발

LiDAR를 이용한 점군(Point Cloud) 기반 3차원 깊이 지도 실시간 생성

전방위 카메라의 영상과 깊이 지도의 결합을 통한 복합정보지도 생성

다지점 국소 지도의 결합을 통한 무인이동체(UAV, UGV 등) 활용 가능 대규모 전역 지도 생성

구축된 복합정보지도를 이용한 3차원 실내외 위치 추정 기술 개발

전역 지도 내 특징점 추출 및 표현자(Descriptor)를 이용한 실내외 특징점 정보 데이터베이스 구축

무인이동체 이동상황에서의 지도 및 복합센서 데이터를 통한 정밀 위치/자세 추정 알고리즘 개발

통신 두절을 고려한 사전 지도 정보 기반의 실내외 위치 인식 기술 개발

3차원 복합정보지도 기반 무인이동체 최적이동경로 생성 S/W개발

실시간 3차원 지도 정보를 이용한 무인이동체 최적이동경로 생성기술 개발

Cloud 3차원 지도 서비스와 연계된 무인이동체 최적이동경로 생성기술 개발

실내외 무인이동체 운용시험을 통한 최적이동경로 생성성능 검증

◦ 년도별 산출물 및 평가방법

- (1차년도) 복합센서정보를 이용한 실시간 실내외 3차원 지도 생성 SW 모듈개발 및 시연

- (2차년도) 실시간 지도SW모듈과 사전지도의 공간정보를 이용한 실내외 3차원 위치 추정 SW모듈 개발 및 시연

- (3,4차년도) 3차원 복합정보지도를 이용한 최적경로 생성 SW 개발 및 시연

ㅇ 최종산출물

- 융복합 센서를 이용한 실시간 실내외 3차원 지도 구축 SW 모듈

- 3차원 지도를 이용한 무인기의 실내외 위치 인식 및 최적이동경로 생성 SW 모듈

- 무인이동체 미션컴퓨터용 SW 모듈(과제통합 기술워크숍에서 세부사항 결정)

개발요구사항

◦ 제원 : 복합 센서 이용한 실시간 3차원 복합지도 생성 SW모듈 및 실내외 위치추정 및 최적이동경로 생성 SW 모듈

◦ 성능요구조건 :

- 고정밀 3차원 복합정보지도 실시간 생성

무인이동체 이동조건 상화의 실시간 3차원 복합정보지도 시연

- 3차원 복합정보지도 기반 실내외 위치인식

복합센서 및 영상센서(LiDAR 미적용)를 이용한 무인이동체 위치인식

실시간 생성 지도 및 사전정보 지도를 이용한 위치인식

- 무인이동체의 운용성능 고려한 최적이동경로 생성

임무수행을 위한 최적이동경로 생성 알고리즘

에너지소모 절감 최적경로도출 알고리즘 개발.

◦ 환경조건 : - 실외이동조건(60km/h 이상) 및 실내조건

◦ 시험절차 :

- 적용기체 : 무인이동체 테스트베드

- 시험내용 : 실시간 디지털 맵 정밀도 및 실내외위치인식 정밀도, 최적경로생성성능 평가

- 무인이동체(드론 등) 테스트베드에 시연

- 실내환경에서 3차원 복합정보생성 및 최적경로 이동

기대효과

◦ 이용가능 분야 : 공중, 육상, 해상

◦ 경제적 효과 :

- 3차원 복합정보지도 생성 및 최적경로생성 기술을 적용하여 무인이동체의 효율적인 임무수행 및 협업을 위한 기반 기술로 무인이동체 활용성 증대에 기여할 것으로 기대됨

- 영상기반 실내외 위치 인식 기술을 통해 무인기의 실내외 위치인식을 통해 이 가능해져 라이다(LiDAR)의 고가의 고정밀 센서의존도를 낮추어 단가가 낮아질 것으로 기대됨.

◦ 기술적 효과 :

- 지도 기반의 실내외 위치 인식 기술을 통한 무인이동체 실내외 복합운용이 가능해짐.

- 기존 고가의 LiDAR 센서 기반의 주변 환경 및 위치 인식 기술을 저가의 단일 카메라만을 가지고도 달성이 가능할 것으로 예상됨.

특기사항

◦ 사업기간 내 TRL6단계 이상의 기술완성도 확보

◦ 사업단에서 반기마다 무인이동체 미래선도 핵심기술개발사업 통합 기술워크숍을 통하여 과제간 기술 및 산출물의 공유, 연계가 가능하도록 지원하며, 기술적 사용과 달성레벨을 점검하여 과제별 융합 연계를 강화하고자 함.

◦ 국가과학기술연구회 공동TLO와 기술사업화 전문관리 추진체계를 구축하고, 과제 수행 단계별 지적재산권의 창출‧활용‧사후관리를 통한 기술 경제성 확보 지원

- 과제 초기 3개월간 공동TLO 주관으로 IP권리화 전략 컨설팅 집중 지원

- 공동TLO 주관 아이디어 발굴에서 IP의 출원-심사-등록의 전 과정을 지원

- 공동TLO와 사업단이 개발기술‧IP를 기술상품화하고, 수요기업과의 매칭 등과 같은 마케팅 업무를 공동으로 수행

※ 특허출원에 소요되는 비용은 주관기관 또는 참여기관에서 부담.

연구기간

및연구비

◦ 연구기간 : 2016. 9 ~ 2019. 7, 1차년도 2016. 9~2017. 7(11개월)

◦ 연구비 : 2016년 정부출연금 2억원 지원,

- 총사업비(정부출연금) 6억원 지원

※ 참여기업(주관기관 또는 참여기관)이 있을 경우 관련 규정에 따라 민간부담금을 부담하여야 함.

정부출연금 지원규모는 정부 예산 등의 사정에 따라 변동될 수 있음.

[참고사항] 연차 구분

- 1차년도 2016. 9 ~ 2017. 7 (11개월)

- 2차년도 2017. 8 ~ 2018. 5 (10개월)

- 3차년도 2018. 6 ~ 2019. 3 (10개월)

- 4차년도 2019. 4 ~ 2019. 7 (4개월)

※ 정부시책에 따라 연차별 기간은 변동될 수 있음.

추진체계

◦ 주관기관 : 연구계/학계/산업계

과제계획서 주요평가 사항

◦ 개발 기술의 시험평가 (모사시험 및 비행시험) 계획의 구체성

◦ 개발 기술의 신뢰성 확보 및 검증 방안

◦ 개발 기술의 범용성 및 확장성

◦ 본 과제에 대한 중복연구를 방지하고 “필수기술에 대한 단기적 역량 집중 및 성과창출”을 위해, 産·學·硏 내 旣 보유개발기술에 대한 조사를 수행하여  이러한 旣 보유개발기술과 본 과제 필수기술과의 차별성, 및  旣 보유개발기술을 본 과제 수행에 연계·활용할 수 있는 구체적인 방안을 기재할 것

(※ 이와 관련된 사항은 동 사업설명회 참조 또는 국가과학기술연구회 공동TLO와의 협조 요망)

사업분야

무인이동체 공통기술개발 / 탐지 및 인식

과제명

무인이동체 비영상 이종센서 융복합 항법센서모듈 개발

개요

◦ 정의 : 난통신/고밀도 통신전파 환경, GPS 음영지역에서 비영상 이종센서의 정보 융복합을 통한 정밀 측위 제공으로 무인이동체의 안정적 운용을 지원하는 기술

◦ 필요성

- 무인이동체 활용확대 및 자율이동을 위한 정밀항법센서모듈 핵심기술 개발이 요구됨

- 도심을 비롯한 난통신/고밀도 통신전파 환경, GPS 음영지역, 전파오류 발생지역에서 기존 항법센서의 기능을 대체하고, 충돌방지, 장애물 회피 등 무인이동체의 안전한 운용에 적합한 이종센서 융복합센서모듈 원천기술 확보 필요

- 단일 센서 의존도 저감, 충돌회피에 따른 안전성 증대, 위치 정밀도 향상을 통한 미래 신기술 경쟁력 확보 필요

- 무인이동체 성능향상에 필요한 지능형 복합항법센서모듈 개발과 위성항법센서 난조건 환경에서의 강건한 운용 기술확보를 위한 저가 소형 자율비행 융복합 항법센서모듈 개발이 요구됨

◦ 국내외 동향

<국내>

- 소형 저가 항법센서기술 및 비행제어 기술은 단일 기능으로 개발, 무인이동체에 적합한 지능형 복합항법장치 핵심기술개발 및 적용 사례는 부족함

<국외>

- 소형무인기 분야에서 실내․외 및 난조건 비행을 위한 SLAM기반 장비개발과 다중센서 융합자율비행 항법장치 개발이 증가하고 있음

연구목표

◦ 최종목표 : 실외 GPS 음영지역에서 이동중인 무인이동체의 정밀 항법 위치 제어를 위한 이종 센서 융복합 기술 및 통합센서모듈 개발

◦ 세부목표 :

◦ 연도별 산출물 및 평가방법

- (1차년도) 정밀 항법을 위한 이종 센서 융복합센서모듈 설계 및 도면

- (2차년도) Embedded on-board 통합센서모듈 개발 및 성능시험

- (3,4차년도) 실외 GPS 음영지역의 시험을 통한 개발기술 검증

◦ 최종산출물

- Non-GPS 지역 정밀 항법을 위한 이종센서 융복합센서모듈

- 융복합센서모듈 기반 정밀 항법을 위한 데이터처리 SW 모듈(미션 컴퓨터 데이터 통신용 SW Firmware 및 Driver)

개발요구사항

◦ 제원 :

- 항법장치 : 저가 소형 On-board 융복합 항법센서모듈

- 운용환경 : 실외 GPS 음영지역 (도심 등 일시적 GPS 신호수신 장애환경)

- 항법기술 : 3D GIS기반 맵 매칭 및 이동경로 생성

◦ 성능요구조건 :

- 실외 GPS 음영지역에서의 운용이 가능하도록 제시된 세부목표 성능지표를 만족하는 다수의 이종 센서 융복합을 통한 정밀 항법 기술 개발

- 고신뢰도 센서융합 Embedded On-board 통합 아키텍처 개발

- 지자기 센서, IMU, 고도계, 기압계, 온도계 등을 활용한 통합센서모듈 개발

- 3D GIS기반 맵 매칭

◦ 환경조건 : - 실외 GPS 음영지역

- 이동속도 : 30km/h 이상

◦ 시험절차 :

- 지원기체 : 무인이동체 테스트베드에 온보드 융복합 항법센서모듈 시험

- 시험내용 : 세부목표를 만족하는 실외 GPS 음영지역 복합항법 위치 정밀도 측정

기대효과

◦ 이용가능 분야 : 육상, 공중, 해양으로 모두 확장 적용 가능

◦ 경제적 효과 : 저가 소형 융복합 항법제어기 개발로 도심공간정보 안전관리, 교량 및 접근이 어려운 산업시설 점검 등 무인이동체 운용 확대 예상

◦ 기술적 효과 : 실외 GPS 음영지역, 전파교란환경의 극복을 위한 무인이동체 핵심기술 확보

특기사항

◦ 사업기간 내 TRL6단계 이상의 기술완성도 확보

◦ 사업단에서 반기마다 무인이동체 미래선도 핵심기술개발사업 통합 기술워크숍을 통하여 과제간 기술 및 산출물의 공유, 연계가 가능하도록 지원하며, 기술적 사용과 달성레벨을 점검하여 과제별 융합 연계를 강화하고자 함.

◦ 국가과학기술연구회 공동TLO와 기술사업화 전문관리 추진체계를 구축하고, 과제 수행 단계별 지적재산권의 창출‧활용‧사후관리를 통한 기술 경제성 확보 지원

- 과제 초기 3개월간 공동TLO 주관으로 IP권리화 전략 컨설팅 집중 지원

- 공동TLO 주관 아이디어 발굴에서 IP의 출원-심사-등록의 전 과정을 지원

- 공동TLO와 사업단이 개발기술‧IP를 기술상품화하고, 수요기업과의 매칭 등과 같은 마케팅 업무를 공동으로 수행

※ 특허출원에 소요되는 비용은 주관기관 또는 참여기관에서 부담.

연구기간

및연구비

◦ 연구기간 : 2016. 9 ~ 2019. 7, 1차년도 2016. 9~2017. 7(11개월)

◦ 연구비 : 2016년 정부출연금 4억원 지원

- 총사업비(정부출연금) 12억원 지원

※ 참여기업(주관기관 또는 참여기관)이 있을 경우 관련 규정에 따라 민간부담금을 부담하여야 함.

정부출연금 지원규모는 정부 예산 등의 사정에 따라 변동될 수 있음.

[참고사항] 연차 구분

- 1차년도 2016. 9 ~ 2017. 7 (11개월)

- 2차년도 2017. 8 ~ 2018. 5 (10개월)

- 3차년도 2018. 6 ~ 2019. 3 (10개월)

- 4차년도 2019. 4 ~ 2019. 7 (4개월)

※ 정부시책에 따라 연차별 기간은 변동될 수 있음.

추진체계

◦ 주관기관 : 산업계/연구계/학계

◦ 항법기술 분야의 산업계/연구계/학계 전문기관의 공동 연구 추진

과제계획서 주요평가 사항

◦ 이종 센서 융복합 계획의 구체성

◦ 통합센서모듈의 저가, 소형, 경량화 개발 목표의 적절성

◦ 시험평가 계획의 구체성

◦ 본 과제에 대한 중복연구를 방지하고 “필수기술에 대한 단기적 역량 집중 및 성과창출”을 위해, 産·學·硏 내 旣 보유개발기술에 대한 조사를 수행하여  이러한 旣 보유개발기술과 본 과제 필수기술과의 차별성, 및  旣 보유개발기술을 본 과제 수행에 연계·활용할 수 있는 구체적인 방안을 기재할 것

(※ 이와 관련된 사항은 동 사업설명회 참조 또는 국가과학기술연구회 공동TLO와의 협조 요망)

사업분야

무인이동체 공통기술개발 / 동력원 및 작업

과제명

무인이동체용 차세대 이차전지기술 개발

개요

◦ 정의 : 현 리튬이온전지의 에너지밀도보다 최소 50% 이상 향상된 리튬금속이차전지 팩을 개발(설계/제작/평가)하고, 무인이동체에 적용하여 성능검증 시연

◦ 필요성 : 무인이동체는 크기 및 형상 특성 상 동력원의 성능 개선(효율, 중량 등), 저비용화가 무인이동체 전체의 성능을 결정짓는 중요한 인자임. 리튬금속을 음극으로 하는 차세대 리튬이차전지의 설계/제작기술은 동력원 핵심 구성부품에 대한 기존 설계 개념에서 탈피한 신개념 이차전지의 설계 및 제작을 가능하게 하며, 해당 기술은 리튬이차전지 제조산업의 패러다임을 전환하여 새로운 맞춤형 이차전지의 설계/제작 및 신속한 피드백을 통하여 다양한 무인이동체 동력원 시장 수요를 충족시킬 수 있음. 해외 선진국에서도 2000년대 이후 연구개발에 착수하였으며, 일부 기술이 전기자동차에 채택되고 있으며, 특히 전기자동차와 무인 자동차, 무인기에 효과적이기 때문에 도요타, BASF, OXIS 등의 회사들이 개발을 서두르고 있음. 현재는 시장 초기단계로 상용화 시기는 짧게는 2020년에서 길게는 2030년 까지 예상되지만 산업 전반에 파급효과가 매우 큰 미래성장동력의 핵심기술이기 때문에 단기간 내 선진국 수준의 원천핵심기술을 확보하여 세계시장 진입 및 선점을 추진할 필요가 있음.

◦ 국내외 동향

<국내> KIST, KETI, 화학연구원, 경상대, KAIST 등을 중심으로 소규모로 관련 기술개발이 진행되고 있으나, 별다른 커다란 진척이 이루어지지 못하고 있으며, 특히 실제 셀을 만드는 기술은 전지제조기업에 비해 매우 열악함.

<국외> 차세대 이차전지에 대한 중요성이 인식되어 미국에서는 IBM을 중심으로, 일본에서는 All Japan 프로젝트를 통하여 적지 않은 지원이 이루어지기는 하였으나, 아직 상용화에는 답보 상태에 머무르고 있음. 독일 BASF도 미국 중소기업에 대한 투자를 통하여 관련 기술을 확보하였으나, 아직은 상용 차세대 전지를 내놓고 있지 못한 실정임. 영국에서는 OXIS가 무인 전기자동차, 미국에서는 Sion Power 등이 이 분야를 앞서 나가고 있으며, 최근 대학을 중심으로 폭발적인 연구가 수행되어 조기 상용화가 예상되고 있음.

연구목표

◦ 최종목표 : 금속리튬 음극을 적용한 무인이동체 동력용 차세대 이차전지 개발

◦ 세부목표 :

◦ 년도별 산출물 및 평가방법

- (1차년도) 무인이동체 동력원용 차세대 이차전지 성능검증 및 시뮬레이션

- (2차년도) 차세대 이차전지 파우치 셀 제작, 시제 조립

- (3,4차년도) 차세대 이차전지 팩 성능평가시험 및 소형무인기 적용 성능검증

ㅇ 최종산출물

- 리튬금속기반 차세대 이차전지 모듈/팩 제작 부품 및 도면

- 차세대 이차전지 성능평가시험보고서

- 소형무인기 적용 리튬금속기반 차세대 이차전지 시제

개발요구사항

◦ 제원 : 260 Wh/kg 전지 팩

◦ 성능요구조건 : 1C에서 300 싸이클 운용 후 80% 성능

◦ 환경조건 : -20℃~ 60℃

◦ 시험절차 :

- 충방전 전지 시험기와 온도조절 오븐 환경에 전지를 위치하여 시험하며, 관련 시험원의 인증을 최종받아 공인 시험성적서 제출

- 소형무인기 적용 운용시간 측정 및 반복특성 확인

기대효과

◦ 이용가능 분야 : 육상, 공중, 해양

◦ 경제적 효과 : 현 리튬이차전지 시장의 일부 대체가 가능함

◦ 기술적 효과 : 무인 전기차와 ESS 등 관련제품의 개발에 기여

◦ 기타 효과 : 친환경 에너지 사용을 통해 온실가스 및 미세먼지 저감에 기여

특기사항

◦ 사업기간 내 TRL6 단계 이상의 기술완성도 확보

◦ 사업단에서 반기마다 무인이동체 미래선도 핵심기술개발사업 통합 기술워크숍을 통하여 과제간 기술 및 산출물의 공유, 연계가 가능하도록 지원하며, 기술적 사용과 달성레벨을 점검하여 과제별 융합 연계를 강화하고자 함.

◦ 국가과학기술연구회 공동TLO와 기술사업화 전문관리 추진체계를 구축하고, 과제 수행 단계별 지적재산권의 창출‧활용‧사후관리를 통한 기술 경제성 확보 지원

- 과제 초기 3개월간 공동TLO 주관으로 IP권리화 전략 컨설팅 집중 지원

- 공동TLO 주관 아이디어 발굴에서 IP의 출원-심사-등록의 전 과정을 지원

- 공동TLO와 사업단이 개발기술‧IP를 기술상품화하고, 수요기업과의 매칭 등과 같은 마케팅 업무를 공동으로 수행

※ 특허출원에 소요되는 비용은 주관기관 또는 참여기관에서 부담.

연구기간

및연구비

◦ 연구기간 : 2016. 9 ~ 2019. 7, 1차년도 2016. 9~2017. 7(11개월)

◦ 연구비 : 2016년 정부출연금 5억원 지원,

- 총사업비(정부출연금) 14억원 지원

※ 참여기업(주관기관 또는 참여기관)이 있을 경우 관련 규정에 따라 민간부담금을 부담하여야 함.

정부출연금 지원규모는 정부 예산 등의 사정에 따라 변동될 수 있음.

[참고사항] 연차 구분

- 1차년도 2016. 9 ~ 2017. 7 (11개월)

- 2차년도 2017. 8 ~ 2018. 5 (10개월)

- 3차년도 2018. 6 ~ 2019. 3 (10개월)

- 4차년도 2019. 4 ~ 2019. 7 (4개월)

※ 정부시책에 따라 연차별 기간은 변동될 수 있음.

추진체계

◦ 주관기관 : 연구계/학계/산업계

◦ 실사용이 가능한 배터리 팩 개발을 위하여 시험평가 인프라를 보유하고 있는 기관의 주도가 필요함. 주관기관은 전지를 초저습도에서 제조할 수 있는 설비(드라이룸)를 보유하거나 건립계획을 제시(본 과제 외의 재원)해야 함

과제계획서 주요평가 사항

◦ 개발 기술의 시험평가 (성능시험 및 비행시험) 계획의 구체성

◦ 개발 기술의 신뢰성 확보 및 검증 방안

◦ 개발 기술의 범용성 및 확장성

◦ 본 과제에 대한 중복연구를 방지하고 “필수기술에 대한 단기적 역량 집중 및 성과창출”을 위해, 産·學·硏 내 旣 보유개발기술에 대한 조사를 수행하여  이러한 旣 보유개발기술과 본 과제 필수기술과의 차별성, 및  旣 보유개발기술을 본 과제 수행에 연계·활용할 수 있는 구체적인 방안을 기재할 것

(※ 이와 관련된 사항은 동 사업설명회 참조 또는 국가과학기술연구회 공동TLO와의 협조 요망)

사업분야

무인이동체 공통기술개발 / 동력원 및 작업

과제명

무인이동체용 연료전지-이차전지 하이브리드 시스템 개발

개요

◦ 정의 : 무인이동체 운용시간을 증대시킬 수 있는 연료전지-이차전지 하이브리드 시스템 개발. 소형무인기에 장착하여 운용시간 2시간 이상 비행하는 것을 시연할 수 있는 연료전지 스택, 수소저장 및 수소발생기, 배터리 등으로 구성된 일체의 하이브리드 시스템과 시스템 통합 제어기술을 개발

◦ 필요성 : 무인이동체 동력원은 운용시간을 결정짓는 중요한 인자임. 현재 사용되는 이차전지는 에너지밀도가 낮아 차세대 무인이동체가 필요로 하는 운용시간을 제공하지 못하고 있으므로 차세대 동력원 및 여러 동력원의 장점을 결합한 하이브리드 동력원 개발의 필요성이 커지고 있음. 전 세계에서 경쟁적으로 연료전지를 개발하고 있으나, 주로 발전용 및 자동차용으로 시장이 형성되어 있으며, 최근 들어서 소형무인기의 관심이 고조되면서 소형 연료전지 시장이 점차 형성되고 있음. 연료전지 스택의 낮은 출력밀도 외에도 수소연료의 낮은 저장밀도로 인해 전체 동력원의 에너지밀도 및 출력밀도가 극대화되지 못하고 있기 때문에 연료전지 실용화를 위한 수소저장 및 수소발생기에 대한 연구도 진행되고 있음.

무인이동체용 연료전지 시장규모는 2008년 전체 연료전지 시장규모의 5% 정도에 그쳤던 것이, 2013년에는 10%, 2018년에는 20% 이상 점유할 것으로 전망

◦ 국내외 동향

<국내>

- 국내에서는 최근 정부출연연구소, 대학 등에서 연료전지 무인이동체를 연구 개발하고 있으나, 여전히 상용화에 근접한 기술력이 확보되지 못하였음.

<국외>

- 무인이동체용 연료전지는 주로 미국, 유럽에서 2000년 초에 연구개발을 시작하여 현재 무인기, 소형, 무인잠수정에 실증한 사례가 있음.

연구목표

◦ 최종목표 : 차세대 무인이동체용 연료전지-이차전지 하이브리드 시스템 개발

◦ 세부목표 :

- 1kW급 연료전지 스택, 수소저장 및 수소발생기, 배터리 등으로 구성된 일체의 하이브리드 시스템과 시스템 통합제어기술

- 개발된 연료전지-이차전지 하이브리드 시스템을 소형무인기에 적용하여 2시간 이상 운용 시연

◦ 년도별 산출물 및 평가방법

- (1차년도) 연료전지-이차전지 하이브리드 시스템 상세설계 및 시뮬레이션

- (2차년도) 연료전지-이차전지 하이브리드 시스템 시제 성능 검증시험

- (3차년도) 연료전지-이차전지 하이브리드 시스템 소형무인기 적용 시연

ㅇ 최종산출물

- 차세대 무인이동체용 연료전지-이차전지 하이브리드 시스템

개발요구사항

◦ 제원 : 소형 멀티콥터에 적용 시연 가능한 연료전지-이차전지 하이브리드 시스템

◦ 성능요구조건 : 2시간 이상 운용이 가능한 하이브리드 시스템 에너지 밀도 구현

◦ 환경조건 : -40oC ~ 60oC 환경에서 시스템의 시동 가능

◦ 시험절차 :

- 지상시험을 통하여 하이브리드 시스템 에너지 밀도 확인

- 온도조절 오븐 환경에 하이브리드 시스템을 위치하여 운용온도 시험

- 소형무인기 적용 운용시간 측정

기대효과

◦ 이용가능 분야 : 육상, 공중, 해양 (중복 선택 가능)

◦ 경제적 효과 : 짧은 작동시간으로 활용범위가 제한적인 무인이동체의 동력원을 연료전지-이차전지 하이브리드 시스템으로 대체하면 작동시간을 크게 증대시킬 수 있어 다양한 임무가 가능하여 경제적 파급효과가 클 것으로 기대됨.

◦ 기술적 효과 : 무인이동체에 적합한 연료전지-이차전지 하이브리드 시스템의 핵심기술을 개발하여 기초연구에 머물러있는 기술수준을 시현 및 검증이 가능한 수준까지 달성할 수 있을 것으로 기대됨.

◦ 기타 효과 : 개발된 연료전지-이차전지 하이브리드 시스템 기술은 무인이동체 뿐만 아니라, 이동형 발전기, 방송용/의료용 장비, 과학연구분야 등 산업적으로 이용가치가 높을 것으로 기대됨.

특기사항

◦ 사업기간 내 TRL6 단계 이상의 기술완성도 확보

◦ 사업단에서 반기마다 무인이동체 미래선도 핵심기술개발사업 통합 기술워크숍을 통하여 과제간 기술 및 산출물의 공유, 연계가 가능하도록 지원하며, 기술적 사용과 달성레벨을 점검하여 과제별 융합 연계를 강화하고자 함.

◦ 국가과학기술연구회 공동TLO와 기술사업화 전문관리 추진체계를 구축하고, 과제 수행 단계별 지적재산권의 창출‧활용‧사후관리를 통한 기술 경제성 확보 지원

- 과제 초기 3개월간 공동TLO 주관으로 IP권리화 전략 컨설팅 집중 지원

- 공동TLO 주관 아이디어 발굴에서 IP의 출원-심사-등록의 전 과정을 지원

- 공동TLO와 사업단이 개발기술‧IP를 기술상품화하고, 수요기업과의 매칭 등과 같은 마케팅 업무를 공동으로 수행

※ 특허출원에 소요되는 비용은 주관기관 또는 참여기관에서 부담.

연구기간

및연구비

◦ 연구기간 : 2016. 9 ~ 2019. 7, 1차년도 2016. 9~2017. 7(11개월)

◦ 연구비 : 2016년 정부출연금 3억원 지원

- 총사업비(정부출연금) 7억원 지원

※ 참여기업(주관기관 또는 참여기관)이 있을 경우 관련 규정에 따라 민간부담금을 부담하여야 함.

정부출연금 지원규모는 정부 예산 등의 사정에 따라 변동될 수 있음.

[참고사항] 연차 구분

- 1차년도 2016. 9 ~ 2017. 7 (11개월)

- 2차년도 2017. 8 ~ 2018. 5 (10개월)

- 3차년도 2018. 6 ~ 2019. 3 (10개월)

- 4차년도 2019. 4 ~ 2019. 7 (4개월)

※ 정부시책에 따라 연차별 기간은 변동될 수 있음.

추진체계

◦ 주관기관 : 연구계/학계/산업계

◦ 공공수요에 활용하기 위한 소형무인기의 2시간 운용 요구사항을 만족시키고 추후 실용화 사업으로 연계하여 추진할 수 있는 기관에서 주관하여 개발할 필요가 있음

과제계획서 주요평가 사항

◦ 개발 기술의 시험평가 (성능시험 및 운용시험) 계획의 구체성

◦ 개발 기술의 신뢰성 확보 및 검증 방안

◦ 개발 기술의 범용성 및 확장성

◦ 본 과제에 대한 중복연구를 방지하고 “필수기술에 대한 단기적 역량 집중 및 성과창출”을 위해, 産·學·硏 내 旣 보유개발기술에 대한 조사를 수행하여  이러한 旣 보유개발기술과 본 과제 필수기술과의 차별성, 및  旣 보유개발기술을 본 과제 수행에 연계·활용할 수 있는 구체적인 방안을 기재할 것

(※ 이와 관련된 사항은 동 사업설명회 참조 또는 국가과학기술연구회 공동TLO와의 협조 요망)

사업분야

무인이동체 공통기술개발 / 동력원 및 작업

과제명

무인이동체용 3D 프린팅 기반 소형엔진 핵심기술 개발

개요

◦ 정의 : 무인이동체 동력원에 적용되는 소형 가스터빈엔진(터보제트/터보샤프트 등) 시제 개발을 위한 금속/복합소재 3차원 프린팅을 적용한 구성부품 설계/제작/조립 및 시험평가 핵심기술 개발

◦ 필요성 : 무인이동체는 크기 및 형상 특성 상 동력원의 성능 개선(효율, 중량 등), 저비용화가 무인이동체 전체의 성능을 결정짓는 중요한 인자임. 금속/복합소재 3차원 프린팅 설계/제작기술은 동력원 핵심 구성부품에 대한 기존 설계 개념에서 탈피한 신개념 최적설계 및 제작이 가능하며, 해당 기술은 제조업 형태의 패러다임을 전환하여 설계/제작의 customizing과 신속한 feedback이 가능하므로, 다양한 무인이동체 동력원 시장 수요 충족 가능함. 해외 선진국에서도 1990년대 후반 이후 연구개발에 착수하였으며, 일부 부품에 한하여 2016년부터 상용화가 예정되어 있는 기술로서, 시장 초기단계에 있으나 산업 전반에 파급효과가 매우 큰 미래성장동력의 핵심기술임. 따라서, 국가 전략적인 연구개발 투자를 통해 단기간 내 선진국 수준의 원천핵심기술을 확보하여 세계시장 진입 및 선점을 추진하여야 함. 또한 해당 기술은 무인기 분야는 물론 항공우주, 발전 등 산업 전반에 큰 파급효과를 기대할 수 있음.

◦ 국내외 동향

<국내> 국내에서는 금속/복합소재 3차원 프린팅 관련 기술은 소수 중소기업/연구계에서 제한적으로 수행 중임. 무인이동체 동력원 중량 절감 및 성능개선 기술개발을 위하여 금속 3차원 프린팅 기술을 활용한 국가 주도의 원천핵심기술 연구개발이 필수적임.

<국외> 3차원 프린팅 설계/제작기술은 미래 혁신 제조기술로 인정되어, 미국과 유럽을 중심으로 활발한 연구개발이 수행되고 있음. 미국에서는 1990년대 후반부터 R&D를 수행하였으며, GE 사는 2016년 세계 최초로 민간 항공엔진 성능개량 금속 3차원 프린팅 부품 탑재 예정 (CFM LEAP engine 연료노즐: 22개 부속품 조립품을 3차원 프린팅 기술로 단일 부품으로 제작). 유럽에서는 EOS, Concept Laser 등 금속 3차원 프린터 및 재료/후처리 기술보유업체를 기반으로 Rolls-Royce 등 항공우주 업체에서 동력원 경량화 및 성능개선 연구개발을 활발히 수행 중임. 금속 3차원 프린팅 기술을 통해 기존 제작개념에서 탈피한 경량화 및 성능개선 신개념 설계, 제작일정 및 비용 절감이 가능함. GE에서는 민항기용 가스터빈엔진의 연료노즐의 설계/공정 개선을 수행하고, 세계 최초로 상용화하였음. 또한 무인기 대상 소형 가스터빈엔진의 금속 3차원 프린팅 설계, 제작 및 성능평가를 수행 중이나, 아직 상용화된 사례는 없음

3차원 프린팅 기술 시장은 2000년대 이후 폭발적인 성장세를 보이고 있으며, 2020년 초반까지 연평균 15%~23%의 성장률이 예상되며, 그 중 무인기 동력원과 관련된 금속 3차원 프린팅은 복합소재에 비해 높은 성장세를 보임. 금속 3차원 프린팅 제작 비용은 향후 5년 이내 60%, 이후 10년 이내 추가 30% 절감될 것으로 예상되며, 이에 따라 금속 3차원 프린팅 시장의 추가 성장이 예상됨.

연구목표

◦ 최종목표 : 무인이동체용 소형 가스터빈엔진 시제 개발을 위한 금속/복합소재 3차원 프린팅 적용 구성부품 설계/제작/조립 및 시험평가 핵심기술 개발

◦ 세부목표 :

- 대상엔진 선정, 부품 설계/해석 및 개선, 도면 제작

- 엔진 부품별 최적 3차원 프린팅 제작방식/공정 선정 및 부품 제작/보완

- 엔진 조립 및 시험평가(지상/고도성능시험) 수행, 설계/제작공정 보완

◦ 년도별 산출물 및 평가방법

- (1차년도) 무인이동체 동력원용 소형엔진 설계/해석 및 도면 작성

- (2차년도) 소형엔진 부품 3차원 프린팅 제작, 시제 조립

- (3,4차년도) 소형엔진 부품/엔진시제 성능평가시험

◦ 최종산출물

- 3차원 프린팅 부품 적용 소형 가스터빈엔진 시제

- 3차원 프린팅 제작 부품 및 도면, 소형 가스터빈엔진 성능평가시험보고서

개발요구사항

◦ 제원

- 엔진 형식: 가스터빈엔진(터보제트/터보팬/터보샤프트 등)

- 크기 200(Dia) x 500(L) mm 이하

- 중량 4kg 이하

◦ 성능요구조건

- 최대출력 9kW 혹은 200N(thrust) 이상 (지상 표준대기 조건 기준)

◦ 환경조건

- 지상 ~ 고도 3km 이하(표준대기 조건)

◦ 시험절차

- 지상 조건 엔진 운용 및 성능 평가

- 고도 조건 엔진 운용 및 성능 평가, 설계보완

기대효과

◦ 이용가능 분야 : 육상, 공중, 해양

◦ 경제적 효과 :

- 제조업 패러다임 변화에 따라 저비용 단기간 부품 설계/생산이 가능하므로, 기술 개발을 통하여 급격한 성장이 예상되는 무인이동체 동력원 시장에 적기 대응이 가능함. 이에 따라 국내 강소 부품기업 및 해외 수출주도 기업군 육성이 가능함

- 공정/부품수 절감 등의 부품 설계/제작기술 개발은 항공우주 및 발전을 비롯한 다양한 산업 전반으로의 활용이 가능하므로 시장 범위 확대를 통한 관련 산업 경쟁력 확보 및 동반 성장이 기대됨

◦ 기술적 효과 :

- 금속/복합소재 3차원 프린팅 부품 및 엔진 개발 기술은 시장 초기 단계의 선도핵심기술이므로, 신개념 설계/제작기술 확보를 통한 무인이동체 동력원 고효율화 및 경량화를 통한 무인 이동체 시스템 효율 및 성능 개선, 시장 경쟁력 확보 가능함

- 현재 진행/계획 중인 유/무인 항공기 동력원의 성능 개량에 직접 활용 가능하며, 특히 소형~중대형에 이르는 다양한 무인기 동력원 수요 대응이 가능함.

- 3차원 프린팅 공정 설계 및 제작부품 시험 검증에 따라 국내 3차원 프린팅 관련 산업 및 세계 시장에서의 기술 경쟁력 제고 가능함

◦ 기타 효과 :

- 3D 프린팅을 적용한 무인이동체 동력원(연료전지, 배터리 등) 제작을 위한 기초기술 확보

- 가스터빈엔진 주요 구성품 시험평가를 위한 엔진통합 테스트베드 구축

- 신개념 설계/제작기술을 활용한 성능 개선 및 중량/비용 절감

특기사항

◦ 공통기술 분야 효율적인 과제수행을 위하여 통합사업단 인력 연계 필요

◦ 사업기간 내 TRL5단계 이상의 기술완성도 확보

◦ 사업기간동안 해외엔진사와 3D 프린팅 가스터빈엔진 개발을 위한 협력체계 구축

◦ 사업단에서 반기마다 무인이동체 미래선도 핵심기술개발사업 통합 기술워크숍을 통하여 과제간 기술 및 산출물의 공유, 연계가 가능하도록 지원하며, 기술적 사용과 달성레벨을 점검하여 과제별 융합 연계를 강화하고자 함.

◦ 국가과학기술연구회 공동TLO와 기술사업화 전문관리 추진체계를 구축하고, 과제 수행 단계별 지적재산권의 창출‧활용‧사후관리를 통한 기술 경제성 확보 지원

- 과제 초기 3개월간 공동TLO 주관으로 IP권리화 전략 컨설팅 집중 지원

- 공동TLO 주관 아이디어 발굴에서 IP의 출원-심사-등록의 전 과정을 지원

- 공동TLO와 사업단이 개발기술‧IP를 기술상품화하고, 수요기업과의 매칭 등과 같은 마케팅 업무를 공동으로 수행

※ 특허출원에 소요되는 비용은 주관기관 또는 참여기관에서 부담.

연구기간

및연구비

◦ 연구기간 : 2016. 9 ~ 2019. 7, 1차년도 2016. 9 ~ 2017. 7(11개월)

◦ 연구비 : 2016년 정부출연금 6억원 지원

- 총사업비(정부출연금) 15억원 지원

※ 참여기업(주관기관 또는 참여기관)이 있을 경우 관련 규정에 따라 민간부담금을 부담하여야 함.

정부출연금 지원규모는 정부 예산 등의 사정에 따라 변동될 수 있음.

[참고사항] 연차 구분

- 1차년도 2016. 9 ~ 2017. 7 (11개월)

- 2차년도 2017. 8 ~ 2018. 5 (10개월)

- 3차년도 2018. 6 ~ 2019. 3 (10개월)

- 4차년도 2019. 4 ~ 2019. 7 (4개월)

※ 정부시책에 따라 연차별 기간은 변동될 수 있음.

추진체계

◦ 주관기관 : 연구계/학계/산업계

◦ 항공추진, 기계설계/제작 및 제어, 시험평가 분야의 연구계/학계/산업계 전문기관의 공동 연구 추진

과제계획서

주요평가 사항

◦ 개발 기술 적용 엔진 시연 또는 시험평가 계획의 구체성

◦ 개발 기술의 신뢰성 확보 및 검증 방안

◦ 개발 기술의 해외협력체계 구축 계획 타당성

◦ 본 과제에 대한 중복연구를 방지하고 “필수기술에 대한 단기적 역량 집중 및 성과창출”을 위해, 産·學·硏 내 旣 보유개발기술에 대한 조사를 수행하여  이러한 旣 보유개발기술과 본 과제 필수기술과의 차별성, 및  旣 보유개발기술을 본 과제 수행에 연계·활용할 수 있는 구체적인 방안을 기재할 것

(※ 이와 관련된 사항은 동 사업설명회 참조 또는 국가과학기술연구회 공동TLO와의 협조 요망)

사업분야

무인이동체 공통기술개발 / 통신·네트워크

과제명

사이버-물리 융합공격 대응 자율복원 통신/보안기술 개발

개요

◦ 정의 : 무인이동체에 대한 사이버-물리 융합공격 대응 및 제어 안정성 향상을 위한 방해(interference)/교란(jamming) 검출 및 통신 자가복구 기술과 데이터 암호화 기반의 보안 기술 개발

◦ 필요성 :

- 무인이동체에 대한 공격은 통신 채널과 악성 코드 주입 등을 통한 사이버 공격과 GPS 교란, 스푸핑, 무인기에 대한 물리적 공격을 통한 보안 암호 해킹 및 불법 장치 탑재 등 다양한 분야에서 이루어지고 있음. 최근 물리시스템과 사이버시스템의 성질을 복합적으로 이용하는 사이버-물리 융합공격이 대두됨

- 특히 2011년 이란은 미군으로부터 탈취한 스텔스 무인기를 분석하고 복제 무인기를 생산하여 무인기에 대한 사이버/물리적 보안 위협이 실재함을 보임

<이란에 의한 무인기 탈취 및 해킹 사례 (Source:한국인터넷진흥원)>

- 무인이동체용 센서 및 통신 시스템에 오류 또는 방해 공격이 발생할 경우 무인이동체 제어기능 상실 혹은 악의적인 임무수행으로 치명적인 문제 유발. 기존의 통신방식들(WCDMA, Wi-Fi, Bluetooth 등)의 경우 사이버-물리 융합공격 및 일반적 해킹 대응 방안 미비하기 때문에 무인이동체는 다양한 형태의 사이버-물리 융합공격에도 자율복원성이 보장될 수 있는 다중센서 활용기법, 센서정보 검증 및 보완용 상태추정 알고리즘 등의 개발이 필요함.

◦ 국내외 동향

<국내>

- 14년부터 국책연구소 (ETRI) 위주로 무인기 주파수 할당 문제 및 전용 통신 기술 연구 시작함

- KAIST에서 무인기 센서의 취약점을 이용한 특정 주파수 신호방해(jamming)을 이용한 해킹 기술 시연함

- 정부, 산업계, 학교 및 연구소는 Quantum ICT 산업기반 구축을 위해 QKD(Quantum Key Distribution) 선진기술을 도입하여 상용화를 추진하고, 이를 바탕으로 국내 산업기반을 구축하여 2020년 Global Leading 국가 진입을 목표로 하고 있음

<국외>

- ITU-R WRC에서 무인기 통신 주파수 대역 할당 및 분배 관련 표준화 논의. WRC-12에서 무인기의 지상 조종용으로 5030-5091 MHz대역 신규 분배. Ku/Ka 등의 고주파 대역 활용 여부 검토 중임

- 미국은 NASA를 중심으로 한 NextGen 프로젝트를 통하여 위성과 지상 IEEE 802.16 통합망을 구축하고, 제어용 통신 기술, 탐지·회피 기술 등의 연구개발을 진행. 지상 상용 셀룰라, 고정 위성 서비스, 군사용 C4I 링크 등이 상호 연결된 이기종 망에서의 무인기 운용 연구 진행 중임

- 영국도 Thales, BAE 등의 군수업체를 중심으로 무인기 통신/보안/주파수와 충돌 회피 연구를 진행함

- 호주 국립 정보통신기술연구소(NITCA) 주도로 개발된 시큐어 임베디드 L4 마이크로커널이 드론 해킹을 방지할 수 있는 대안으로 오픈소스형태 형태로 공개됨

- 2013년 미국의 University of Texas, Austin (UT)에서 60m가량 되는 크기의 요트의 GPS에 가상의 값을 덮어 씌워서 실제 목적지가 아닌 다른 목적지로 향하게 만드는 실험에 성공하여, GPS 측정값을 공격자가 원하는 대로 바꾸는 GPS Spoofing이 실제로 가능하다는 것을 증명한 바 있음

- 세계 드론 시장 최대 점유율을 가진 DJI사의 Phantom의 해외 사용자 커뮤니티인 PhantomPilots.com에서 시행했던 설문조사에 따르면, 사용자의 39%는 드론이 사용자의 조종을 무시하고 날아가버리는 "Flyaway" 현상을 경험했다고 함. 이는 센서의 이상 작동으로 인해 심각한 현실적인 문제가 발생할 수 있다는 것을 의미함

연구목표

◦ 최종목표: 무인이동체에 대한 사이버-물리 융합공격 대응 및 제어 안정성 향상을 위한 방해(interference)/교란(jamming) 검출 및 통신 자가복구 기술과 데이터 암호화 기반의 보안 기술 개발

◦ 세부목표:

1. 무인이동체 대상 통신방해/교란 및 사이버-물리 융합공격 감지 및 대응기술

- 무인이동체의 통신방해/교란에 의한 센서 오류 발생 감지

- 무인이동체의 통신방해/교란에 의한 통신 장애 감지

- 무인이동체 환경에서 방해/교란 대응 운용안정성 확보 기술 연구

2. 무인이동체 간 정보 공유를 통한 통신방해/교란 및 사이버-물리 융합공격에 대응 가능한 원천기술 개발

- 무인이동체간 통신 불능 여부 및 공격형태 파악

- 통신 불능 시 무인이동체간 정보 교환 기술 연구

- 무인이동체간 정보 공유를 통해 향상된 공격 감지 및 대응 기술 연구

3. 통신방해/교란 시 무인이동체를 자율적으로 안전 유도 기술

- 무인이동체와 지상관제센터의 통신 불능 여부 판단

- 무인이동체 이상동작 발생시 Flyaway 등을 방지하기 위한 제어 기술

4. 무인이동체 협업 시 사이버-물리 융합 공격에 대한 통신 안정성 향상 기술

- 무인이동체 간 저비용-실시간성 인증 기법 개발

- 무인이동체 내의 시스템 관련 무결성 및 가용성 셀프테스트 기술 개발

- 무인이동체 중심의 대칭키 기반 데이터 암호화 및 키 교환 기법 개발

◦ 년도별 산출물 및 평가방법

- (1차년도) 사이버-물리 융합공격 및 통신방해/교란 대응 SW 아키텍처

- (2차년도) 사이버-물리 융합공격 및 통신방해/교란 시 SW 생존성 시연

- (3,4차년도) 자율복원 통신/정보처리 SW 모듈 소형무인기 적용 시연

◦ 최종산출물

- 사이버-물리 융합공격 및 통신방해/교란 대응 지능형 무인이동체 SW 모듈

- 통신불능 시 무인이동체 안정성 향상을 위한 자율이동 및 Fail-Safe SW 모듈

개발요구사항

◦ 제원 : 사이버-물리 융합공격 및 통신방해/교란 대응 무인이동체 SW 및 무인이동체 Fail-Safe SW 모듈

◦ 성능요구조건 : 사이버-물리 공격 상황 감지 및 상태 복원

◦ 환경조건 : 전파교란 모사환경(무선통신 제한 및 센서오류 상황)

◦ 시험절차 :

- 단일 무인이동체 운용 환경에서 사이버물리 융합공격 검출 및 해당공격에 대한 무인이동체 생존성 확인(전파복원, 임무수행 성공률)

- 다중 무인이동체 운용 환경사이버물리 융합공격 검출 및 해당공격에 대한 무인이동체 집단 생존성 확인

- 무인이동체가 외부와의 무선통신기술을 사용할 수 없고 내부 센서에 오류가 발생한 상황에서 Flyaway현상 없이 안전유도 가능성 확인

기대효과

◦ 이용가능 분야: 육상, 공중, 해양

◦ 경제적 효과: 본 연구를 통해 개발된 무인이동체의 자율이동제어기술은 장기적으로 기존 무인이동체 제어기술의 일부 대체 및 국내외 지적재산권 확보 등을 기대할 수 있음

◦ 기술적 효과: 무인이동체의 자율이동 제어기술은 전세계적으로 개발이 진행 중인 기술 중의 하나로 개발이 이루어지는 경우 소형무인기 및 거의 모든 자율 무인이동체에 적용 가능하며 무인이동체의 응용분야를 확대할 수 있는 핵심기술임.

◦ 기타 효과: 미래형 무인이동체를 위한 통신/정보처리의 자율복원성은 자율협력형/융복합형 이동체 기술의 핵심으로 다양한 형태의 무인이동체 운용에 있어 효율성과 보안성을 동시에 보장가능하게 함.

특기사항

◦ 사업기간 내 TRL6 단계 이상의 기술완성도 확보

◦ 사업단에서 반기마다 무인이동체 미래선도 핵심기술개발사업 통합 기술워크숍을 통하여 과제간 기술 및 산출물의 공유, 연계가 가능하도록 지원하며, 기술적 사용과 달성레벨을 점검하여 과제별 융합 연계를 강화하고자 함.

◦ 국가과학기술연구회 공동TLO와 기술사업화 전문관리 추진체계를 구축하고, 과제 수행 단계별 지적재산권의 창출‧활용‧사후관리를 통한 기술 경제성 확보 지원

- 과제 초기 3개월간 공동TLO 주관으로 IP권리화 전략 컨설팅 집중 지원

- 공동TLO 주관 아이디어 발굴에서 IP의 출원-심사-등록의 전 과정을 지원

- 공동TLO와 사업단이 개발기술‧IP를 기술상품화하고, 수요기업과의 매칭 등과 같은 마케팅 업무를 공동으로 수행

※ 특허출원에 소요되는 비용은 주관기관 또는 참여기관에서 부담.

연구기간

및연구비

◦ 연구기간 : 2016. 9 ~ 2019. 3, 1차년도 2016. 9 ~ 2017. 7(11개월)

◦ 연구비 : 2016년 정부출연금 2억원 지원,

- 총사업비(정부출연금) 5억원 이내

※ 참여기업(주관기관 또는 참여기관)이 있을 경우 관련 규정에 따라 민간부담금을 부담하여야 함.

정부출연금 지원규모는 정부 예산 등의 사정에 따라 변동될 수 있음.

[참고사항] 연차 구분

- 1차년도 2016. 9 ~ 2017. 7 (11개월)

- 2차년도 2017. 8 ~ 2018. 5 (10개월)

- 3차년도 2018. 6 ~ 2019. 3 (10개월)

※ 정부시책에 따라 연차별 기간은 변동될 수 있음.

추진체계

◦ 주관기관 : 연구계/학계/산업계

과제계획서 주요평가 사항

◦ 개발 기술의 시연 또는 시험평가 계획의 구체성

◦ 개발 기술의 신뢰성 확보 및 검증 방안

◦ 개발 기술의 범용성 및 확장성

◦ 본 과제에 대한 중복연구를 방지하고 “필수기술에 대한 단기적 역량 집중 및 성과창출”을 위해, 産·學·硏 내 旣 보유개발기술에 대한 조사를 수행하여  이러한 旣 보유개발기술과 본 과제 필수기술과의 차별성, 및  旣 보유개발기술을 본 과제 수행에 연계·활용할 수 있는 구체적인 방안을 기재할 것

(※ 이와 관련된 사항은 동 사업설명회 참조 또는 국가과학기술연구회 공동TLO와의 협조 요망)

사업분야

무인이동체 공통기술개발 / 시스템통합

과제명

무인이동체 미션컴퓨터용 개방형 SW 프레임워크 기술 개발

개요

◦ 정의 : 기존 개방형 SW를 활용해서 국내 다수의 드론용 미션 SW 개발자들이 사용할 수 있는 미션컴퓨터용 개방형 SW 프레임워크 기술 개발로, 다양한 미션 SW를 HW와 운영체제에 독립적으로 동작할 수 있도록 하는 기술과 미션컴퓨터 HW 성능을 효율적으로 활용하는 기술, 미션컴퓨터의 미션 SW를 관리할 수 있는 기술, 미션 SW 개발자의 개발 편의성을 높여주는 개발지원도구(SDK: SW Development Kit)와 분석 도구의 개발을 포함하고 있음

◦ 필요성 : 국외 대비 무인이동체 활용 SW 기술이 부족한 상태에서 정부 투자 효율성 증대를 위해서는 공통으로 필요한 기술 개발을 통해 무인이동체 생태계 구성원들의 기술 경쟁력을 강화할 필요가 있으며, 특히 드론 SW 발전 방향을 고려해서 개방형 SW 플랫폼 기술들과 미션 SW 신뢰성을 확보할 수 있는 기술 개발이 필요함

◦ 국내외 동향

<국내> 국내에도 드론 HW/SW 플랫폼을 연구하는 연구소, 업체, 대학들이 증가 추세

- 드론 관련 지재권은 늘어나고 있으나, 제품 개발 측면에서는 완구, 헬리캠 등 특정 용도를 위한 HW 중심의 드론 개발하는 업체들이 대다수임

- 오픈 소스 커뮤니티 등이 활성화되지 못한 상태에서 지속적인 기술적 교류가 이루어지지 않고 연구소와 대학을 중심으로 개별 연구를 진행 중

- 아직 국내에 드론 SW 플랫폼 전문 기업이 없으며 국내 드론 기업들의 기반 SW 기술 수준이 선진국에 비해 뒤쳐져있음

<국외> 리눅스 기반 개방형 SW 프로젝트 및 SDK를 제공하는 업체 및 커뮤니티들을 중심으로 기술 개발이 활성화 되어 있음

- Dronecode 프로젝트는 Linux Foundation 하에서 3D Robotics 주도로 개방형 소스 기반으로 SW 플랫폼뿐만 아니라, Firmware, 개방형 HW도 개발하여 개발자들에게 제공해 주고 있음

- OpenPilot은 STM32를 기반으로 한 개방형 드론 플랫폼으로 자세 측정 장비(AHRS) 및 지상제어시스템(GCS)을 제공하고 있음

- Paparazzi는 프랑스 국립 항공 대학교(ENAC)에서 시작된 프로젝트로 오토파일럿, 센서 모듈을 비롯한 하드웨어 및 GCS, 시뮬레이터 등 드론 개발에 필요한 SW/HW를 오픈 소스로 제공하고 있으며 여러 벤더 및 대학들이 Paparazzi의 기술로 드론을 제작 중

연구목표

◦ 최종목표 : 개방형 운영체제 기반 무인이동체용 고성능/고신뢰 미션컴퓨터 SW 공통 프레임워크 기술 개발 및 다양한 종류의 시스템제어컴퓨터(예:비행제어컴퓨터(FCC))와 연계가 가능한 SW 프레임워크 개발

◦ 세부목표

- 개방형 운영체제 기반 드론용 미션컴퓨터 SW 공통 프레임워크 기술 개발

· 미션컴퓨터 SW 공통 프레임워크 개발 및 검증프로세스 개발

· 여러 종류의 시스템제어컴퓨터(개방형 RTOS, 파티션 RTOS 등)와 연계 가능한 미션 SW 공통 프레임워크 설계 및 구현

· 다양한 미션 SW 모듈 지원을 위한 공통 API 및 실행 엔진 개발

- 개방형 미션컴퓨터용 SW 아키텍처 참조 구현을 통한 검증

· 미션 컴퓨터 용 레퍼런스 Driver 개발

· 무인이동체 HW 지원 BSP(Board Support Package) 최적화 및 재패키징

· 시스템제어컴퓨터와 미션컴퓨터 간 데이터 통신 모듈 및 통신 인터페이스 이중화 기술

· 시스템제어컴퓨터(2 종류 이상)와 미션컴퓨터의 시스템 통합을 통해 실증 (무인기용 FCC 및 미션컴퓨터와의 실증시험 수행)

- 미션컴퓨터 SW 처리 성능 향상 기술 개발

· 우선순위 기반 미션 SW 관리 기술

· 대용량 센서 데이터 처리 미션 SW의 Throughput 향상을 위한 기법 개발

· 미션컴퓨터 프로파일링을 통한 미션 SW 분석 도구

- 미션 SW 개발을 위한 개발도구 개발

· 프로그램 코딩, 환경설정, 빌드, 실행을 포함하고 원격 디버깅 기능을 제공하는 통합개발환경 개발

· 모듈화된 라이브러리 동적 설정/관리 기능

· 다양한 플랫폼에 적용 가능하도록 확장성 지원

- 미국/유럽에서 추진 중인 개방형 SW 플랫폼 개발 현황 조사 및 이에 대응하기 위한 표준화 방안을 수립하여 제시

1) 실시간 이벤트 응답속도는 FCC에서의 요청에 대한 미션컴퓨터의 응답 속도

2) 미션 SW 실행 독립성은 개별 미션 SW 오류 발생 시 다른 미션 SW로의 오류 전이 가능성에 대한 확률

3) 미션컴퓨터 데이터 처리 성능 향상률은 타겟시스템의 HW 성능에 따라 다르기 때문에 알고리즘 적용 전/후에 따른 %

4) SW 프레임워크 적용은 미션컴퓨터와 2종 이상의 시스템제어컴퓨터(개방형 RTOS, 파티션 RTOS 등)의 통합 및 시험

◦ 년도별 산출물 및 평가방법

- (1차년도) 개방형 미션컴퓨터용 SW 프레임워크 설계 명세서 및 관련 소스코드

- (2차년도) 미션컴퓨터용 SW 공통 프레임워크 및 이를 적용한 미션컴퓨터 SW 성능시험평가

- (3,4차년도) 시스템제어컴퓨터(소형무인기용 FCC)와 SW 프레임워크가 적용된 미션컴퓨터 통합시스템 시연

◦ 최종산출물

- 미션컴퓨터용 SW 아키텍처 설계 명세서 및 관련 소스코드

- 미션컴퓨터용 SW 공통 프레임워크(소스코드 패키지)

- 미션컴퓨터용 SW 개발을 위한 개발지원도구(SDK) 및 매뉴얼

- 미션컴퓨터용 SW 성능시험평가결과 보고서

- 개방형 SW 플랫폼 현황조사 및 대응방안 보고서

개발요구사항

◦ 제원 : ARM 계열 멀티코어 개발 보드

◦ 성능요구조건

- FCC와 미션컴퓨터의 미션 SW 간 연성 실시간성 보장

- 멀티코어 성능 향상 알고리즘 적용으로 30% 이상 성능 향상

- 대용량 센서 데이터 처리 미션 SW의 Throughput 30% 이상 향상

◦ 환경조건 :

- 개방형 운영체제 기반으로 미션 SW 플랫폼 요소 기술 개발

- 시험 무인이동체 : 무인이동체 테스트베드

◦ 시험절차 : 공인시험인증 절차 준수

기대효과

◦ 이용가능 분야 : 공중, 육상

◦ 경제적 효과 : 국내 열악한 드론 기업들이 공통으로 사용할 수 있는 미션컴퓨터 SW 공통 프레임워크를 제공함으로써 드론 개발 생산성 향상

◦ 기술적 효과 : 다양한 미션 SW를 Plug-in 형태로 미션컴퓨터 SW 공통 프레임워크에 탑재가 가능하며, 미션 SW 독립성을 통해 SW 신뢰성 확보

◦ 기타 효과 : 미션 SW 개발자들에게 개발 지원도구를 제공

특기사항

◦ 공통기술 핵심과제로 효율적인 과제수행을 위하여 통합사업단 인력 연계 필요

◦ 사업기간 내 TRL6단계 이상의 기술완성도 확보

◦ 사업단에서 반기마다 무인이동체 미래선도 핵심기술개발사업 통합 기술워크숍을 통하여 과제간 기술 및 산출물의 공유, 연계가 가능하도록 지원하며, 기술적 사용과 달성레벨을 점검하여 과제별 융합 연계를 강화하고자 함.

◦ 국가과학기술연구회 공동TLO와 기술사업화 전문관리 추진체계를 구축하고, 과제 수행 단계별 지적재산권의 창출‧활용‧사후관리를 통한 기술 경제성 확보 지원

- 과제 초기 3개월간 공동TLO 주관으로 IP권리화 전략 컨설팅 집중 지원

- 공동TLO 주관 아이디어 발굴에서 IP의 출원-심사-등록의 전 과정을 지원

- 공동TLO와 사업단이 개발기술‧IP를 기술상품화하고, 수요기업과의 매칭 등과 같은 마케팅 업무를 공동으로 수행

※ 특허출원에 소요되는 비용은 주관기관 또는 참여기관에서 부담.

연구기간

및연구비

◦ 연구기간 : 2016. 9 ~ 2019. 7, 1차년도 2016. 9 ~ 2017. 7(11개월)

◦ 연구비 : 2016년 정부출연금 7억원 지원

- 총사업비(정부출연금) 19억원 지원

※ 참여기업(주관기관 또는 참여기관)이 있을 경우 관련 규정에 따라 민간부담금을 부담하여야 함.

정부출연금 지원규모는 정부 예산 등의 사정에 따라 변동될 수 있음.

[참고사항] 연차 구분

- 1차년도 2016. 9 ~ 2017. 7 (11개월)

- 2차년도 2017. 8 ~ 2018. 5 (10개월)

- 3차년도 2018. 6 ~ 2019. 3 (10개월)

- 4차년도 2019. 4 ~ 2019. 7 (4개월)

※ 정부시책에 따라 연차별 기간은 변동될 수 있음.

추진체계

◦ 주관기관 : 학계/연구계/산업계

◦ 최종결과물을 공개하여 다수의 산업체와 대학에서 활용 가능하도록 보급할 계획이므로 최종결과물을 공개하고 다수의산업체와 대학에 기술 지원을 할 수 있는 기관에서 주관하여 개발할 필요가 있음

과제계획서

주요평가 사항

◦ 개발 기술의 성능평가를 위한 시험평가 방안

◦ 개발 기술의 범용성 및 확장성

◦ 개발 기술의 개방형 구조를 위한 신뢰성 확보방안 및 검증방안

◦ 본 과제에 대한 중복연구를 방지하고 “필수기술에 대한 단기적 역량 집중 및 성과창출”을 위해, 産·學·硏 내 旣 보유개발기술에 대한 조사를 수행하여  이러한 旣 보유개발기술과 본 과제 필수기술과의 차별성, 및  旣 보유개발기술을 본 과제 수행에 연계·활용할 수 있는 구체적인 방안을 기재할 것

(※ 이와 관련된 사항은 동 사업설명회 참조 또는 국가과학기술연구회 공동TLO와의 협조 요망)

사업분야

무인이동체 공통기술개발 / 자율지능

과제명

무인이동체 자율지능 핵심기술 개발

개요

◦ 정의 : 인공지능 기술을 적용하여 무인이동체의 활용영역과 성능을 획기적으로 제고하기 위해 무인이동체 자율지능 핵심기술을 단계적으로 추진

<무인이동체 자율지능 연구분야>

- 인식: 인공지능 기반의 영상 인식 기술을 무인이동체에 적용

⋅ 빠른 시간 내에 다량의 영상정보를 자체 처리로 조난‧실종자 수색, 재난피해 추산 등에 활용

※ 인공지능 기반 무인기 획득영상 분석기술, 조난자 인체인식기술, 수색경로최적화기술 등

- 작업: 인공지능 기반의 임무장비 제어 기술 개발

⋅ 짐벌, 매니플레이터 등 임무장비의 작업수행 알고리듬을 최적화하여 고난이도 작업 수행 및 외부 교란에 대한 즉시적 대응력 강화

※ 무인이동체용 짐벌/매니퓰레이터의 운동 모델 개발, 다양한 외부 환경으로부터의 교란에 대응하는 보상 알고리즘 및 제어기술 구성, 임무최적화 학습기술

- 기동: 인공지능 칩(NPU)* 기반 조종컴퓨터를 내장한 무인이동체 개발

⋅ 다양한 외부환경(강우‧강설, 난기류, 복잡‧혼잡지형) 및 물체의 움직임을 감지하여 무인이동체 스스로 경로를 최적화하여 이동

* Neuromophic chip(인간뇌를 모사한 뉴런 칩 기반의 인공지능 및 학습이 가능한 프로세서)

※ 뉴로모픽 칩 내장 무인이동체, 전천후 무인이동체, 무인이동체 조종학습 시뮬레이터

- 협업: 인공지능 기반의 다중 무인이동체 임무 할당 및 경로 최적화

⋅ 자율협력형 무인이동체 기술에 인공지능을 더하여 다수 무인이동체간 완성도 높은 자율협력 기능 제공

◦ 필요성 :

- 2005년 허리케인 카트리나를 포함한 초대형 자연재해에서 무인기를 조난자 구출에 이용하였으며, 이때 대부분의 경우 조난자의 탐지는 인간의 육안 판독에 의존하였으나, 정확도가 낮고 인간의 시력 피로로 인해 장시간 작업을 수행할 수 없어, 자동 조난자 검출 시스템의 구현 필요성이 대두됨.

- 무인이동체에 인공지능 기술을 적용하면 무인이동체의 활용영역과 성능을 획기적으로 제고할 수 있으므로 무인이동체의 핵심부품 기술의 개발과 병행하여 발전시킬 필요가 있음.

- 인공지능 기술은 현재는 영상인식 분야를 제외하고는 초기 단계이지만 무인이동체의 안전성과 효율성을 높이기 위한 필수적인 기술이기 때문에 단계적으로 연구개발하여 플랫폼에 적용함으로써 사회적 활용도를 높일 필요가 있음.

◦ 국내외 동향

<국내>

⋅대부분의 인공지능에 대한 연구는 강화학습을 통한 영상인식에 집중되어 있으며, 인간의 제스쳐 또는 동작을 통한 의미 전달, 협업을 통한 군집 작업 수행, 수색경로 최적화 등을 위한 인공지능 기술 개발은 아직 수행되지 못하고 있음.

<국외>

⋅무인기에서의 인간 검출을 위하여 실시간 검출이 가능하다는 점 때문에 Viola-Jones detector가 선호되었으나, 최근 5 fps 속도로 (준)실시간 검출에 이용 가능한 Faster R-CNN에 관심이 높아짐.

⋅DeepDrone 등 임베디드 GPU, 혹은 Neuromorphic Chip을 이용하여 드론에 딥러닝 기반의 물체 검출기를 탑재하는 시도는 최근 많아지고 있음.

⋅무인비행체의 군집에 관련한 연구는 2012년 펜실베니아 대학 Vijay Kumar 교수의 연구팀을 중심으로 시작되었으며, 최근 EU의 SHERPA project를 통해서는 음성과 제스쳐를 이용해 세 개 이상의 무인이동체를 제어하는 연구가 수행된 바 있으나, 영상이 아닌 햅틱장비를 기반으로 함.

⋅최근 Stanford 대학에서는 3-D CNN을 위해 Optical flow 기반 regularization에 관한 연구를 수행하였음

연구목표

◦ 최종목표 : 무인이동체의 활용영역과 성능을 획기적으로 제고하기 위해 인공지능 기술을 적용한 무인이동체 자율지능 핵심기술 개발

◦ 세부과제 목표 :

- GPS음영 지역에서 무인이동체 자율이동 성능향상을 위한 지능형 이동에이전트 기술 개발

- 군집 지능기반 탐색 알고리즘

- 인공지능 기반 조난자 탐지기술 개발

- 음성·제스쳐 인식을 통한 인간-무인이동체 협업 기술

- 그 외의 무인이동체에 적용가능한 인공지능 기술

기대효과

◦ 이용가능 분야 : 육상, 공중, 해양으로 모두 확장 적용 가능

◦ 경제적 효과 : 무인이동체 산업 경쟁력 확대를 통한 사업화시 높은 부가가치 창출기대

◦ 기술적 효과 : 무인이동체의 임무범위를 확대하고 다양한 임무를 수행 가능한 지능화 기술로 다양한 형태의 무인이동체로 확대 적용 가능

◦ 기타 효과 : 지능형 무인이동체 개발에 있어 파급 효과가 큰 기술

특기사항

◦ 1년 단년과제 기간 내 TRL4단계 이상의 기술완성도 확보 (우수과제로 선정시 후속연구 지원시 최종연차 TRL6단계 이상의 기술완성도 확보)

◦ 1년 단년과제로 복수기관에서 수행 후 평가결과 우수과제는 후속연구 필요시, 공통기술분야로 2년 추가지원 또는 차세대 무인이동체 원천기술 분야 플랫폼에 통합 적용할 수 있도록 지원

◦ 사업단에서 반기마다 무인이동체 미래선도 핵심기술개발사업 통합 기술워크숍을 통하여 과제간 기술 및 산출물의 공유, 연계가 가능하도록 지원하며, 기술적 사용과 달성레벨을 점검하여 과제별 융합 연계를 강화하고자 함.

◦ 국가과학기술연구회 공동TLO와 기술사업화 전문관리 추진체계를 구축하고, 과제 수행 단계별 지적재산권의 창출‧활용‧사후관리를 통한 기술 경제성 확보 지원

- 과제 초기 3개월간 공동TLO 주관으로 IP권리화 전략 컨설팅 집중 지원

- 공동TLO 주관 아이디어 발굴에서 IP의 출원-심사-등록의 전 과정을 지원

- 공동TLO와 사업단이 개발기술‧IP를 기술상품화하고, 수요기업과의 매칭 등과 같은 마케팅 업무를 공동으로 수행

※ 특허출원에 소요되는 비용은 주관기관 또는 참여기관에서 부담.

연구기간

및연구비

◦ 연구기간 : 2016. 9 ~ 2017. 7 (11개월)

◦ 연구비 : 2016년 정부출연금 5억원 지원(8개 과제 x 6천만원 이내)

※ 우수과제로 선별될 경우 연장·확대* 지원

* 연구개발계획서 상에 후속연차 연구개발계획안도 기재

- 총사업비(정부출연금) 13억원 지원

※ 참여기업(주관기관 또는 참여기관)이 있을 경우 관련 규정에 따라 민간부담금을 부담하여야 함.

정부출연금 지원규모는 정부 예산 등의 사정에 따라 변동될 수 있음.

[참고사항] 연차 구분

- 1차년도 2016. 9 ~ 2017. 7 (11개월)

- 2차년도 2017. 8 ~ 2018. 5 (10개월)

- 3차년도 2018. 6 ~ 2019. 3 (10개월)

※ 정부시책에 따라 연차별 기간은 변동될 수 있음.

추진체계

◦ 주관기관 : 학계/산업계

◦ 사유 : 학계 또는 벤처기업 주관 단년도 과제로 기술개발 수행 후 후속연구 필요시 2년 추가지원

과제계획서 주요평가 사항

◦ 개발 기술의 개발계획(시뮬레이션 및 검증시험)의 구체성

◦ 개발 기술의 신뢰성 확보 및 검증 방안

◦ 개발 기술의 산출물의 활용성 및 확장성

◦ 본 과제에 대한 중복연구를 방지하고 “필수기술에 대한 단기적 역량 집중 및 성과창출”을 위해, 産·學·硏 내 旣 보유개발기술에 대한 조사를 수행하여  이러한 旣 보유개발기술과 본 과제 필수기술과의 차별성, 및  旣 보유개발기술을 본 과제 수행에 연계·활용할 수 있는 구체적인 방안을 기재할 것

(※ 이와 관련된 사항은 동 사업설명회 참조 또는 국가과학기술연구회 공동TLO와의 협조 요망)

사업분야

무인이동체 공통기술개발 / 자율지능

과제명

GPS 음영지역에서 무인이동체 자율이동 성능향상을 위한 지능형 이동에이전트 기술 개발

개요

◦ 정의 : 저가의 센서를 이용하여 GPS음영 지역 또는 난통신 환경에서 무인이동체가 주변 환경을 인식하여 스스로 장애물 충돌회피 및 자율이동이 가능하도록 지원하는 인공지능 기반 지능형 이동에이전트 기술 개발

◦ 필요성 :

⋅험준한 산악지역 및 실내 등 GPS 음영 환경에서 안전한 무인이동체 운영을 위한 인공지능 기반 학습형 자율이동 기술 필요

⋅불확실한 외부 환경의 강건한 인식을 위한 강화학습 기반 영상처리 기법 필요

⋅무인이동체가 인식된 환경 정보를 이용하여 자율이동 후 임무를 수행할 수 있는 가상의 지능형 에이전트 개발 필요

◦ 국내외 동향

<국내>

⋅최근에 국내에서 소형무인기 활용에 대한 필요성 및 수요가 급부상하고 있으나, GPS음영 환경에서 소형무인기의 비행안정성을 향상시켜줄 수 있는 인공지능 기반 자율비행 및 충돌회피 연구 미흡

<국외>

⋅해외에서는 주로 거대 IT기업인 Nvidia, 구글 및 인텔을 중심으로 드론의 지능화 연구 진행 중에 있으며 강화학습 처리를 위한 GPU를 이용한 고속 병렬처리 및 드론 전용 프로세서 개발 활성화되고 있음

연구목표

◦ 최종목표 : 저가의 센서를 이용하여 GPS음영 지역 또는 난통신 환경에서 무인이동체가 주변 환경을 인식하여 스스로 장애물 충돌회피 및 자율이동이 가능하도록 지원하는 인공지능 기반 지능형 이동에이전트 기술 개발

◦세부목표 :

- 영상센서 기반 장애물 인식을 위한 인공지능 모델 개발

- 정적 및 동적 장애물 충돌회피를 위한 인공지능 기반 가상 지능형 이동에이전트 알고리즘 개발

- 목표지점까지 자율이동이 가능하도록 제어 알고리즘* 기술 개발

* 무인항공기 경우 지능형 이동에이전트와 항법센서 융합을 통한 자율비행 알고리즘, 목표물 인식 및 목표물 추종 임무 수행을 위한 비행제어 알고리즘 기술

- 지능형 이동에이전트 알고리즘 성능 검증을 위한 GPU기반 임베디드 모듈 개발

- GPS음역 지역에서 지능형 이동에이전트 기반 충돌회피 및 자율이동 성능 검증을 위한 검증플랫폼/검증환경 개발 및 시연

◦ 년도별 산출물 및 평가방법

- (1차년도) 지능형 이동에이전트 및 제어 알고리즘 무인이동체 시뮬레이션을 통한 성능 검증

- (2차년도) 지능형 이동에이전트 및 제어 알고리즘 무인이동체 검증 플랫폼을 이용한 성능 검증

- (3차년도) 지능형 이동에이전트 및 제어 알고리즘 무인이동체 적용 GPS 음영지역 실시간 이동(비행/주행)을 통한 성능 검증

ㅇ 최종산출물

- 목표물 인식 및 목표물 추종 임무 수행을 위한 비행제어 알고리즘

- 충돌회피 및 자율이동이 가능하도록 지원하는 강화학습기반 지능형 이동에이전트

기대효과

◦ 이용가능 분야 : 육상, 공중, 해양으로 모두 확장 적용 가능

◦ 경제적 효과 : 무인이동체 산업 경쟁력 확대를 통한 사업화시 높은 부가가치 창출기대

◦ 기술적 효과 : 무인이동체 안정화 및 지능화 기술로 다양한 형태의 무인이동체로 확대 적용 가능

◦ 기타 효과 : 지능형 무인이동체 개발에 있어 파급 효과가 큰 기술

특기사항

◦ 1년 단년과제로 복수기관에서 수행 후 평가결과 우수과제는 후속연구 필요시, 공통기술분야로 2년 추가지원 또는 차세대 무인이동체 원천기술 분야 플랫폼에 통합 적용할 수 있도록 지원

◦ 사업단에서 반기마다 무인이동체 미래선도 핵심기술개발사업 통합 기술워크숍을 통하여 과제간 기술 및 산출물의 공유, 연계가 가능하도록 지원하며, 기술적 사용과 달성레벨을 점검하여 과제별 융합 연계를 강화하고자 함.

◦ 국가과학기술연구회 공동TLO와 기술사업화 전문관리 추진체계를 구축하고, 과제 수행 단계별 지적재산권의 창출‧활용‧사후관리를 통한 기술 경제성 확보 지원

- 과제 초기 3개월간 공동TLO 주관으로 IP권리화 전략 컨설팅 집중 지원

- 공동TLO 주관 아이디어 발굴에서 IP의 출원-심사-등록의 전 과정을 지원

- 공동TLO와 사업단이 개발기술‧IP를 기술상품화하고, 수요기업과의 매칭 등과 같은 마케팅 업무를 공동으로 수행

※ 특허출원에 소요되는 비용은 주관기관 또는 참여기관에서 부담.

연구기간

및연구비

◦ 연구기간 : 2016. 9 ~ 2017. 7 (11개월)

◦ 연구비 : 2016년 정부출연금 6천만원 이내 지원

※ 우수과제로 선별될 경우 연장·확대* 지원

* 연구개발계획서 상에 후속연차 연구개발계획안도 기재

- 총사업비(정부출연금) 3억원 이내

※ 참여기업(주관기관 또는 참여기관)이 있을 경우 관련 규정에 따라 민간부담금을 부담하여야 함.

정부출연금 지원규모는 정부 예산 등의 사정에 따라 변동될 수 있음.

[참고사항] 연차 구분

- 1차년도 2016. 9 ~ 2017. 7 (11개월)

- 2차년도 2017. 8 ~ 2018. 5 (10개월)

- 3차년도 2018. 6 ~ 2019. 3 (10개월)

※ 정부시책에 따라 연차별 기간은 변동될 수 있음.

추진체계

◦ 주관기관 : 학계/산업계

◦ 사유 : 학계 또는 벤처기업 주관 단년도 과제로 기술개발 수행 후 후속연구 필요시 2년 추가지원

과제계획서 주요평가 사항

◦ 개발 기술의 개발계획(시뮬레이션 및 검증시험)의 구체성

◦ 개발 기술의 신뢰성 확보 및 검증 방안

◦ 개발 기술의 산출물의 활용성 및 확장성

◦ 본 과제에 대한 중복연구를 방지하고 “필수기술에 대한 단기적 역량 집중 및 성과창출”을 위해, 産·學·硏 내 旣 보유개발기술에 대한 조사를 수행하여  이러한 旣 보유개발기술과 본 과제 필수기술과의 차별성, 및  旣 보유개발기술을 본 과제 수행에 연계·활용할 수 있는 구체적인 방안을 기재할 것

(※ 이와 관련된 사항은 동 사업설명회 참조 또는 국가과학기술연구회 공동TLO와의 협조 요망)