카이스트 김용대 교수팀 “100개 아군 드론에 영향없이 100개 적 드론만 격추시킬 수 있다”

[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국과학기술원(KAIST) 전기및전자공학부 김용대 교수팀은 도심에서 사용이 가능한 협대역 전자기파를 원격에서 드론의 회로에 주입해 드론을 즉각적으로 무력화하는 안티드론 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

최근 각국 정부는 공항과 국가 중요 시설에서 무인 항공기를 이용한 테러를 방지하기 위해 다양한 안티드론(대드론) 시스템을 구축하고 있으며 특히 우크라이나-러시아 전쟁에서 드론이 전쟁무기로 활용되면서 더욱더 주목받고 있다.

또 국내적으로 지난해 12월 북한의 무인기가 김포, 파주 등을 거쳐 서울 중심부와 서울비행금지구역(P-73)을 침투하는 충격적인 사건이 발생하기도 했다.

당시 윤석열 정부의 국가안보실은 북한의 무인기 침투를 확인하고 격추를 위해 대응했다고 했지만 초기 발표에서 서울비행금지구역(P-73) 침범 등 국가안보의 중요사항을 공개하지 않다가 야당 국회의원의 지적에 따라 그 문제점이 드러나기도 했다.

이후 합동참모본부는 전비태세검열실의 ‘북한 소형무인기 도발 대응 관련 검열결과’를 바탕으로 장군급 장교, 영관급 장교 등 10여 명에만 징계를 결정하고 대한민국 영공, 영토, 영해에 대해 평시 작전총괄자인 김승겸 합참의장(육군 대장)에게는 ‘구두경고’만 한 것으로 알려져 있다.

이러한 국가안보적 측면에서 드론 등 무인기 대응의 허술함이 노출된 가운데 이장우 대전시장은 미국 해외출장을 가기 전에 이를 이용해 “북한 무인기 침범 대응, 국방도시 대전이 나섰다”라는 보도자료를 내고 갑자기 국방과학연구소(ADD), 한국항공우주연구원(KARI), 한국전자통신연구원(ETRI), 한국천문연구원(KASI), 한국과학기술원(KAIST), ㈜한화, ㈜LIG넥스원, ㈜풍산, ㈜성진테크원, ㈜네스앤텍, 방위사업청, 산업통상자원부, 육군 교육사령부 등 20여 명의 관계자를 소집했다.

국내외적으로 드론 등 무인기에 대한 관심과 안티드론(엔티드론), 대드론 등과 관련된 문제점이 표출되는 가운데 한국과학기술원(KAIST) 전기및전자공학부 김용대 교수팀은 드론 제어 유닛 보드가 가지는 전자기간섭 (EMI) 취약성을 이용해 협대역 전자기파로 원격에서 드론의 자세 제어를 무력화하는 기술을 제안했다.

이번 카이스트 김용대 교수팀의 연구중점은 관성 계측 장치와 제어 유닛 보드 간의 통신을 방해시키면 제대로 된 센서값을 받을 수 없고 이 경우 드론의 제어가 불가능해 진다는 것이다.

연구과정을 보면 드론 내 통신을 방해하기 위한 기술을 활용해 전자파 간섭(EMI) 취약점을 갖는 제어 유닛 보드에 대한 전자파 주입을 선택했고 이 실험을 통해 동종의 제어 유닛 보드는 같은 주파수의 전자파에 민감하다는 것을 발견했다.

또 이를 이용해 협대역의 전자기파를 주입할 경우 주변 전자 장치에 영향을 끼치지 않을 뿐 아니라 군집 드론 공격에 효과적으로 대응할 수 있는 점을 확인했다.

기존에 사용되는 광대역 전자기파을 이용한 안티드론 기술은 주변의 전자·전기 장치에 피해를 일으켜 도심사용이 어렵다는 점을 개선하고 매우 좁은 대역의 협대역전자기파를 이용한 안티드론 기술은 목표 드론 기종에만 그 효과를 한정할 수 있게 해준다.

드론의 계측 장치(IMU, Inertial Measurement Unit)는 다양한 센서값들을 제어 유닛 보드에 전달을 하고 제어 유닛 보드는 이 센서값들을 제어 알고리즘에 적용해 다음 번 드론의 움직임인 로터의 회전수나 드론의 자세를 계산한다.

이번 기술의 특징은 좁은 대역으로 특정 주파수로 전자파 주입을 할 경우 기존의 안티드론 기술과 달리 주변 전자 장치에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.

연구적인 전제로 A 기종을 사용하는 100개의 적 드론과 B 기종을 사용하는 100개의 아군 드론이 동시에 비행하고 있을 때 아군 드론은 전혀 영향을 받지 않으면서 100개의 적 드론을 모두 격추시킬 수 있는 기술로 도심에서도 적용 가능한 안티드론 기술로 전망하고 있다. 

이번 연구는 지난 2015년 소리를 관성 계측 장치에 포함된 평형센서인 자이로스코프(Gyroscope) 센서에 주입해 드론을 떨어뜨릴 수 있는 기술과 깊은 연관을 가지고 있다.

이 연구는 달팽이관(정확히는 세반고리관)에 문제가 생길 경우 인간이 평형을 유지하기 힘들다는 것과 유사한 원리로 이번 연구는 달팽이관에 문제를 일으키는 것이 아니라 달팽이관에서 뇌로 연결되는 신경망을 잠시 막을 경우에도 인간이 평형을 유지하기 힘든 것과 비슷한 원리이다.

이러한 원리에 따라 실내 전자파 차폐 시설을 이용해 10m 거리에서 호버링 비행 중인 드론을 즉각적으로 추락시킬 수 있음을 확인했으며 공격 거리와 요구 전력 간의 관계를 도출했다.

이 연구결과에 따르면 특정 영역의 드론들을 즉시 무력화하는 고출력 전자기파(HPEM) 기반 안티드론 기술의 장점을 이용하면서 그 단점인 주변 전자 장치에 대한 영향 문제를 해결할 수 있다.

고출력 전자기파(HPEM) 기반 안티드론 기술은 최근 우크라이나에서 많이 발견되고 있는 군집드론을 이용한 공격에 효과적인 것으로 알려져 있다.

이번 연구와 관련해 공동 제1저자인 장준하 연구원은 “드론 제어 유닛 보드의 전자파 간섭(EMI) 취약성을 이용하면 특정 영역의 드론들을 즉시 무력화하는 안티드론 기술로 활용할 수 있음을 보였다”며 “이는 기존의 안티드론 기술이 가지는 주변 전자 장치에 대한 영향을 문제를 해결한 도심에서 적용 가능한 안티드론 기술이며 고도화 연구를 통해 자폭 드론, 집단 드론 공격 등으로부터 국민을 보호하는 기술로 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

또 김용대 카이스트 교수는 “원천 연구가 이제 끝난 시점이고 실용화 연구를 통해 실제 제품 개발까지 이어질 수 있을지 확인이 필요하다”며 “추가로 제어 유닛 보드와 IMU 센서 간의 통신 회로뿐만 아니라 다른 회로의 취약점에 대한 연구도 필요한 시점”이라고 말했다.

KAIST 장준하 연구원과 조만기 연구원이 공동 제1저자로 참여한 연구는 보안최우수학회 중 하나인 NDSS(Network and Distributed System Security) 심포지움 2023에 채택됐다.

이 연구는 한국연구재단(NRF) 무인이동체 보안을 위한 항재밍 및 무허가 무인이동체 탐지대응 기술 개발 사업과 정보통신기술기획원(IITP) 융합보안 핵심인재 양성사업, 미국 공군과학연구실 등의 지원을 받아 수행됐다.

해당 논문명은 “Paralyzing Drones via EMI Signal Injection on Sensory Communication Channels”이다.