드론용 무선 전원 공급 장치에 대한 기술적 혁신으로 "무한 배터리 수명"이라는 개념이 실험실에서 실제 응용 분야로 확산되고 있습니다. 관련 솔루션이 지속적으로 성숙해짐에 따라 드론은 향후 고위험 임무나 장기 임무를 수행할 때 정기적으로 집에 돌아와 충전을 해야 하는 제약이 사라질 것으로 예상된다.
현재 업계에서는 두 가지 기술 경로 탐색에 주력하고 있으며 그 중 하나는 전자파 기반 원거리 무선 전원 공급 장치입니다. 이르면 2021년 초, 미국 국방고등연구계획국(DARPA)은 가시거리 조건에서 공중 드론을 정확하게 정렬하고 충전할 수 있는 원거리 전자기파 전송 시스템을 개발하기 위해 텍사스 대학교 학자 Ifana Mahbub 박사에게 750,000달러를 지원했습니다. 그녀는 2025년에 KinetixBeam이라는 회사를 설립했습니다. 이 회사는 드론과 같은 플랫폼의 원격 충전 요구 사항을 목표로 위상 배열, 재구성 가능한 메타표면 렌즈 및 컨포머블 렉테나를 사용하는 장거리 무선 전원 공급 장치 시스템 개발에 중점을 두고 있습니다.
또 다른 기술 경로는 DARPA가 주도하는 레이저 기반 광학 무선 에너지 전송입니다. 해당 기관은 뉴멕시코에서 영구 광 무선 에너지 릴레이(POWER)라는 시스템을 테스트했습니다. 테라벡테크놀로지스가 특별히 개발한 송신기와 수신기를 통해 800와트의 전력을 레이저로 5.3마일(약 8.6km) 거리까지 전송하는 데 성공하며 광에너지 장거리 전송 신기록을 세웠다. 이 솔루션은 확장 가능한 기술로 평가돼 향후 무인항공기 플랫폼에 통합될 것으로 예상되지만, 현재 검증은 여전히 지상 장비 기반이다.
산업화 과정에는 워싱턴 주 켄트에 본사를 둔 엔지니어링 회사인 PowerLight Technologies가 추가로 참여하고 있습니다. 이 회사는 거의 20년 동안 레이저 전원 공급 장치 분야에 깊이 관여해 왔습니다. 지난해 12월에는 자사가 개발한 전력 전송 시스템이 실제 테스트에서 약 5000피트 상공을 비행하는 드론에 킬로와트급 전력을 무선으로 전송하는 데 성공했다고 발표한 바 있다. 또한 눈에 보이지 않는 레이저 빔은 킬로미터 수준의 거리에 걸쳐 에너지를 안정적으로 전달할 수 있다고 밝혔습니다.
이 목표를 달성하기 위해 PowerLight는 여러 안전 메커니즘과 실시간 제어 및 모니터링 모듈을 통합하는 동시에 공중 드론을 실시간으로 추적하고 고정할 수 있는 기능을 갖춘 배치 가능하고 조종 가능한 지상 기반 레이저 발사 시스템을 만들었습니다. 이는 송신기를 최적의 위치에 배치하거나 견인하여 위에서 순항하는 드론을 지속적으로 충전할 수 있음을 의미합니다. 테스트에서 PowerLight는 미 해군과 육군에서 사용하는 Kraus Hamdani Aerospace 장기 내구성 전기 드론 K1000ULE에 장착된 무게 약 2.7kg의 새로운 수신기를 사용했습니다.
기술적 관점에서 볼 때 PowerLight의 시스템은 먼저 배터리의 전기 에너지를 고강도 빛으로 변환한 다음 빔 형성 광학 구성 요소를 사용하여 이를 보이지 않는 레이저 빔의 형태로 드론의 수신 장치에 발사합니다. 수신측에서는 광전지 어레이를 사용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하여 드론의 온보드 시스템과 배터리를 충전합니다. 회사는 송신 및 수신 하위 시스템이 최종 검증 단계에 진입했으며 올해 K1000ULE를 기반으로 전체 시스템에 대한 통합 비행 테스트를 실시할 것이라고 밝혔습니다.
이러한 기술이 성숙되어 실제 전투 응용 분야에 적용되면 군사 정찰, 수색 및 구조 임무, 석유 및 가스 파이프라인 검사 및 기타 분야에서 내구성이 뛰어난 드론의 기능이 크게 향상될 것이며 더 이상 배터리 용량에 엄격하게 "얽매이지" 않을 것입니다. 도시 환경에서도 무선 전원 공급 장치는 드론이 장기간 교통 관리, 대기 질 모니터링 등의 작업을 수행할 수 있도록 지원해 지상 인프라에 부담을 주지 않으면서 도시 운영에 새로운 데이터와 서비스 지원을 제공할 것으로 기대된다.