제7부 자율성·군집

7.15 이종 로봇 협업: 공중·지상·수중 로봇 팀의 인지·계획·통신

7.15.1 이 장에서 배우는 것 / 선수 지식 / 특히 중요한 독자

드론 혼자서는 할 수 없는 일이 많다. 위에서 넓게 보지만 오래 머물지 못하고, 무거운 것을 나르지 못하며, 나무 아래·잔해 속은 들여다보지 못한다. 지상 로봇은 반대다. 오래 지속하고 무겁게 싣고 가까이 가지만 느리고 멀리 보지 못한다. 수중 로봇은 무선이 닿지 않는 곳에서 일한다. 이 장은 능력이 다른 로봇을 한 팀으로 묶을 때 무엇을 나누고, 무엇을 맞추고, 무엇이 병목이 되는가를 비행 로봇 쪽에서 작성한다.

배우는 것:

• 왜 섞는가 — 시점·지속성·탑재·체공·통신 중계의 상보성, 그리고 섞는 대가.
• 협조 인지 — 공중 시점 지도와 지상 시점 지도의 정합, 공중에서 지상 로봇을 유도할 때 절대 좌표보다 같은 영상 안의 상대 위치가 정확한 이유.
• 능력이 다른 로봇의 작업 할당 — 할당 문제의 분류, 실행 불가능한 짝과 선후 관계가 있는 정식화, 공중만·지상만·혼합 팀의 수색·확인 시뮬레이션과 "병목 자원" 읽기.
• 모함·도킹·충전 — 지상 로봇이 드론을 싣고 충전할 때 늘어나는 유효 체공과 상시 체공에 필요한 기체 수.
• 통신 — 중계 드론이 커버하는 반경, 정찰과 중계를 한 기체에 맡기는 함정, 수중 음향 링크처럼 자릿수가 다른 링크를 한 팀에 묶는 법.
• 공개된 사례 — DARPA SubT, 화성의 Ingenuity와 Perseverance, MBZIRC 2020, 농업 과제 Flourish, 차량 지붕 발진 배송 시험.

선수 지식: 동종 군집의 할당(경매·CBBA)과 탐색 분포함한 7.9.7·7.9.8, 다중 홉 중계의 처리량은 3.10.6, 공중 중계의 가시선 계산은 3.16.6.2, 이동 플랫폼 착륙은 2.7.6, 영상에서 지상 좌표를 구하는 오차 사슬은 6.10, 다중 기체 지도 병합은 7.13.9, 2 kg 쿼드콥터의 호버 체공은 1.2.9다. 지하 탐사 대회의 경과와 탐사 알고리즘은 7.14이 맡는다. 다중 로봇 이론의 일반론(작업 할당·다중 로봇 SLAM·이종 협업)은 자매서 robotics의 제24부로 넘긴다.

특히 중요한 독자: 엔지니어는 7.15.4~7.15.7의 식과 계산, 7.15.9의 워크스루를 본다. 사업·운영 담당자는 7.15.2의 능력 표, 7.15.5.2의 병목 읽기, 7.15.6의 기체 수 표를 먼저 본다. 정책·인증 담당자는 7.15.13을 본다. 드론 규정과 지상 로봇 규정이 한 임무에서 어떻게 중복되는지가 거기 있다.

기준 시점과 경계. 이 장은 2026년 10월을 기준으로, 지식은 2026년 중반까지 반영했다. 수치는 일반적 모형, 교육용 가정이며 특정 제품·체계의 성능이 아니다. 제조사·기관이 밝힌 제원은 (공개 주장치)로 표시했다. 계산은 파이썬 표준 라이브러리(math·random)와 고정 시드 20261101로 했다(mil-uam/fig-src/7.15-model.py, 표의 수치는 7.15-calc.py). 사례는 DARPA·NASA JPL·대회·과제의 공개 자료로 확인한 것만 단정했다. 이 장은 민간 응용과 연구 사례로 작성한다. 군의 무인 수상정·잠수정·지상차량 연계 운용 개념은 10.16, 유인기와의 협업(MUM-T)은 10.9, 군 공중 발진·회수와 모함 개념은 10.15이 맡는다.

7.15.2 개념·직관 — 왜 다른 로봇을 섞는가

결론부터: 이종 팀의 가치는 "대수"가 아니라 능력의 빈칸을 서로 메우는 데서 나온다. 그래서 설계의 첫 질문은 "몇 대인가"가 아니라 "이 임무에서 어느 능력이 없으면 끝나지 않는가"다.

로봇 종류마다 잘하는 일이 다르다. 아래 표는 대략의 성격이다(자릿수 감각용, 가정).

여기서 섞는 이유가 네 가지로 정리된다.

1. 시점. 드론은 넓게 빨리 찾고 지상 로봇은 가까이 확인한다. 위에서는 수관 아래와 잔해 속이 가려지고, 옆에서는 멀리 보이지 않는다.
2. 지속성과 탑재. 드론의 체공은 배터리가 정한다(1.7.7). 지상 로봇은 오래 지속하고 무겁게 싣는다. 지상 로봇이 드론의 충전기와 운반선이 될 수 있다(7.15.6).
3. 통신. 높이 뜬 드론은 가려진 지상·수상 로봇의 중계기가 된다(3.16.6). 물속 로봇은 수상 로봇을 거쳐야만 팀과 말한다.
4. 위험 분담. 위험한 근접 작업은 지상 로봇이, 사람이 볼 수 없는 위쪽 감시는 드론이 맡아 사람의 노출을 줄인다.

대가도 분명하다. 서로 다른 좌표·시간·메시지 체계를 맞춰야 하고(7.15.4·7.15.7), 할당이 선후 관계로 연결되며(7.15.5), 시험할 조합이 늘어난다(7.15.14).

세 축에서 이종 협업의 무게는 다르다.

7.15.3 팀의 구조 — 역할·링크·공유 세계 모델

이종 팀은 세 층으로 본다. 역할(누가 무엇을 하나), 링크(누가 누구와 어떤 매체로 말하나), 공유 세계 모델(모두가 같은 지도·과업·상태를 보는가)이다. 아래 그림이 전형적인 구성이다.

읽을 점은 셋이다. 첫째, 역할은 능력에서 나온다. 정찰 드론은 탐지 좌표와 지도를, 지상 로봇은 근접 확인과 드론의 충전을, 중계 드론은 가시선을, 수상 로봇은 음향과 무선의 변환을 맡는다. 둘째, 링크의 속도가 층마다 자릿수로 다르다. 드론 영상은 Mbit/s급이고 수중 음향은 kbit/s 안팎이다(7.15.7). 셋째, 그래서 공유 세계 모델은 하나의 큰 지도가 아니라 층마다 다른 해상도의 요약이어야 한다. 원시 점군을 모두에게 보내는 설계는 첫 번째 링크에서 붕괴한다(7.13.9).

결정의 자리도 7.9.9의 원칙을 따른다. 빠른 안전(근접 회피·비상 착륙)은 각 로봇이, 느린 최적화(할당·경로)는 팀 수준에서 한다. 이종 팀에서는 여기에 하나가 더 붙는다. 서로의 능력과 상태를 알리는 일이다. 드론의 남은 비행 시간, 지상 로봇의 남은 에너지와 위치, 링크 품질이 할당의 입력이 된다.

7.15.4 협조 인지 — 공중 시점과 지상 시점의 정합

7.15.4.1 시점 차이와 공통 표현

결론부터: 공중과 지상은 같은 장소에서 다른 면을 본다. 그래서 두 지도를 맞출 때는 점 하나하나가 아니라 두 시점 모두에서 보이는 구조를 고른다.

드론은 지붕·수관·지면의 높이를 보고, 지상 로봇은 벽·줄기·차량의 옆면을 본다. 같은 건물이 한쪽에는 사각형 지붕으로, 다른 쪽에는 수직 벽으로 찍힌다. 같은 숲이 위에서는 수관 덮개로, 아래에서는 줄기의 기둥 배열로 보인다. 동종 기체끼리의 지도 병합(7.13.9)이 사용하는 "같은 장면을 알아보기"가 그대로는 통하지 않는 이유다.

실무에서 사용하는 공통 표현은 셋이다.

공개된 연구 예로 Käslin 등(IEEE SSRR 2016)은 드론과 지상 로봇이 각자 고도 지도를 만들고, 네 가지 유사도로 두 지도의 일치를 재며, 유사도마다 입자 필터를 두어 여러 위치 후보를 유지하다가 움직이면서 좁혔다. 지상 로봇이 공중 지도 안에서 자기 위치를 찾는 문제를 정식으로 다룬 예다.

두 추정을 합칠 때 함정이 하나 있다. 드론과 지상 로봇이 같은 지도와 같은 GNSS를 거쳐 만든 추정은 서로 상관되어 있다. 이를 독립으로 보고 칼만 필터로 합치면 같은 정보를 두 번 세어 불확실성을 과소평가한다. 상관을 모를 때 보수적으로 합치는 방법으로 공분산 교차(covariance intersection, Julier·Uhlmann, 1997)가 알려져 있다. 추정 이론은 자매서 kalmann의 몫이다.

7.15.4.2 상대 위치 — 같은 영상 안의 좌표가 더 정확하다

드론이 대상을 찾아 지상 로봇에게 알릴 때 두 방법이 있다. ① 대상의 절대 좌표(위도·경도)를 보낸다. ② 대상과 지상 로봇이 같은 영상에 함께 보일 때 둘 사이의 상대 위치("북동쪽 12 m")를 보낸다. 오차를 단순하게 어림하면 차이가 크다. 고도 $h$, 자세 오차 $\sigma_\theta$, 화소 시선 오차 $\sigma_p$, 드론 위치 오차 $\sigma_{\mathrm{pos}}$, 두 점의 간격 $s$일 때(축당 1σ, 평지·연직 시선 근사, 오차 사슬 전체는 6.10) 다음과 같다.

$$\sigma_{\text{절대}}\approx\sqrt{\sigma_{\mathrm{pos}}^2+(h\sigma_\theta)^2+(h\sigma_p)^2},\qquad \sigma_{\text{상대}}\approx\sqrt{(s\,\sigma_\theta)^2+2(h\sigma_p)^2}$$

드론 위치 오차와 자세 오차의 대부분은 같은 영상의 두 점에 똑같이 들어가므로 상대 위치에서는 지워진다. 남는 것은 간격에 비례하는 회전 성분과 화소 잡음이다. $h=40$ m, $\sigma_\theta=0.5°$, $\sigma_p=0.5$ mrad로 계산하면 다음과 같다.

읽을 점: 지상 로봇을 마지막 몇십 미터 유도할 때는 절대 좌표보다 "드론이 둘을 함께 보며 상대 위치를 알려 주는" 방식이 한 자릿수 정확하다. 수관 아래에서 지상 로봇의 GNSS가 약할 때 특히 쓸모 있다. 대가는 드론이 두 대상을 한 시야에 함께 잡고 있어야 한다는 것이다. 정찰을 계속해야 하는 드론에게는 그 시간이 비용이다(7.15.5). 이 계산은 평지·연직 시선·대상 식별이 옳다는 가정이며, 경사 시선과 지형 기복이 있으면 오차가 커진다(6.10.5).

7.15.5 작업 할당 — 능력이 다를 때

7.15.5.1 할당 문제의 분류와 정식화

다중 로봇 할당은 Gerkey·Matarić(2004)의 분류로 정리된다. 로봇이 한 번에 과제 하나만 하는가 여럿을 하는가(ST·MT), 과제 하나에 로봇 하나가 필요한가 여럿이 필요한가(SR·MR), 지금만 배정하는가 앞으로의 일정까지 배정하는가(IA·TA)다. Korsah·Stentz·Dias(2013)는 여기에 과제 사이의 의존을 더했다. 의존이 없는 경우, 한 로봇의 일정 안에서만 종속되는 경우, 다른 로봇의 일정과 종속되는 경우(cross-schedule)로 나눈다.

이종 팀은 마지막 경우로 자주 간다. "드론이 찾은 뒤에 지상 로봇이 확인한다"는 과제는 서로 다른 로봇의 일정이 선후로 묶인다. 정식화하면 다음과 같다.

$$\min\ \max_{i\in R}\ C_i\qquad\text{s.t.}\quad \sum_{i}x_{ij}=1,\quad x_{ij}\le f_{ij},\quad s_j^{\text{확인}}\ge s_j^{\text{탐지}}+\tau_j^{\text{탐지}}$$

동종 할당(7.9.7)과 다른 점은 둘이다. ① 실행 불가능한 짝($f_{ij}=0$)이 있다. 경매로 풀면 그 짝의 입찰을 무한대로 두면 된다. ② 선후 관계가 로봇 사이에 걸친다. 탐지가 늦으면 확인이 기다리고, 확인할 로봇이 바쁘면 탐지 결과가 쌓인다. 한 과제에 여러 종류가 동시에 필요하면(MR — 드론이 비추고 지상 로봇이 작업) 연합 형성(coalition formation) 문제가 되어 더 어려워진다. 이 정식화의 일반 해법(혼합정수계획·시장 기반 할당)은 자매서 robotics의 제24부로 넘기고, 여기서는 시뮬레이션으로 무엇이 시간을 정하는지 본다.

7.15.5.2 시뮬레이션 — 공중만·지상만·혼합

과제. 600 m 정사각 구역에 대상 8개가 무작위로 있다. 대상마다 ① 탐지하고 ② 지상에서 근접 확인해야 한다(예: 잔해 속 생존자 여부, 농경지의 병해 시료). 출발점은 구역의 한 모서리(지상 로봇이 들어오는 길목)다. 팀마다 로봇 2대를 사용한다.

읽을 것 셋. ① 같은 2대로 혼합 팀이 지상만 팀보다 약 3.5배 빨리 끝낸다. 지상 로봇이 구역을 커버하는 데는 경로 9.3 km에 103분이 걸리지만, 드론은 9.6 km를 16분에 커버한다. 지상 로봇은 커버하기를 그만두고 알려진 대상만 찾아가면 된다. ② 공중만 팀은 가장 빨리 찾지만 끝내지 못한다. 가림 때문에 대상의 약 40 %가 위에서 확인되지 않는다. 탐지만이 목적이면 가장 좋은 팀이고, 확인이 목적이면 사용할 수 없는 팀이다. ③ 병목 자원에 대수를 더해야 한다. 혼합 팀의 완료 시각은 드론의 탐지(15분)가 아니라 지상 로봇의 이동과 확인(28분)이 정한다. 그래서 드론을 하나 더해도 28.2분이 27.8분으로 거의 그대로이고, 지상 로봇을 하나 더하면 21.4분으로 준다.

이 모형은 단순하다. 지상 로봇은 직선으로 가고(험지·우회 없음), 드론의 탐지는 확실하며(미탐지 없음), 대상은 움직이지 않는다. 탐지 확률과 탐색 폭의 관계는 6.12.10, 구역 분할과 경매는 7.9.7·7.9.8을 본다. 결론의 방향(능력의 빈칸을 메우는 팀이 이기고, 완료 시각은 가장 느린 필수 단계가 정한다)은 가정의 세부에 크게 기대지 않는다.

7.15.6 모함·도킹·충전 — 지상 로봇이 드론을 싣고 다닐 때

결론부터: 드론이 오래 머물지 못하는 이유의 일부는 충전하러 오가는 시간이다. 충전기를 실은 지상 로봇이 작업 지점 옆을 따라가면 그 시간이 사라진다. 그러나 충전 자체가 느리면 거리를 줄여도 크게 나아지지 않는다.

드론 한 대의 유효 체공 비율(작업 지점에 머무는 시간의 비율)을 다음처럼 둔다.

$$\eta(d)=\frac{T_F-2d/V}{T_F+T_R},\qquad N=\left\lceil\frac{T_F+T_R}{T_F-2d/V}\right\rceil$$

$T_F$는 비행 가능 시간, $d$는 작업 지점에서 충전 지점까지 거리, $V$는 이동 속도, $T_R$은 착륙·교환(또는 충전)·이륙 시간이다. $N$은 언제나 한 대가 작업 지점에 떠 있게 하는 데 필요한 기체 수다(교대를 완벽히 교차한다고 가정, 충전기는 기체 수만큼). 1.2.9의 2 kg 쿼드콥터($T_F=18$분, $V=12$ m/s)로 계산했다.

읽을 것 둘. ① 고정 기지가 3 km 떨어져 있으면 왕복 8.3분이 18분 비행에서 빠져 상시 체공에 기체가 1.5~2배 더 든다. 지상 로봇이 따라가면 왕복은 0.6분이다. ② 충전이 1C로 느리면 따라가도 상시 1대에 5대가 필요하다. 배터리 교환 장치가 거리보다 큰 설계 변수다. 빠른 충전은 배터리 수명과 열을 대가로 치른다(1.21·1.25).

지상 로봇의 에너지도 한계다. 드론의 사용 에너지 72 Wh(1.2.9)를 효율 0.9로 충전하면 회당 80 Wh가 든다. 2 kWh 배터리를 실은 지상 로봇이 절반을 드론에 사용하면 약 12회, 비행 시간으로 약 3.6시간이다. 지상 로봇 자신의 주행 에너지가 그 나머지를 사용한다. 이 계산은 가정이며 실제 값은 기체와 지형에 달렸다.

설계 선택지는 넷이다.

이 장의 "모함"은 지상 로봇이 드론을 싣는 협업이다. 항공기가 무인기를 발진·회수하는 군의 모함 개념은 10.15, 고정된 드론 스테이션은 14.16, 출격 생성률과 교대 운용의 일반론은 16.14가 맡는다. 배송 분야에서는 트럭이 드론을 싣고 다니는 경로 문제가 "비행 조수 외판원 문제"(flying sidekick TSP, Murray·Chu, 2015)로 정식화되어 있고, 지상 무인차를 움직이는 충전소로 두고 드론과 함께 경로를 짜는 탐사 계획기 TERRA(Ropero·Muñoz·R-Moreno, 2019)도 있다.

7.15.7 통신 — 중계 배치와 이질적 링크의 통합

중계 드론이 커버하는 반경. 높이 뜬 드론은 지상 로봇의 가시선을 넓힌다. 그러나 효과는 고도보다 지형이 막는 각도에 달려 있다. 3.16.6.2의 식으로 지상 로봇이 중계 드론을 올려다볼 수 있어야 하는 최소 앙각 $\varepsilon$에 따라 반경을 구하면 다음과 같다.

숲이나 건물 사이에서 앙각 5° 아래가 막히면 60 m 중계 드론이 커버하는 반경은 약 0.7 km다. 중계 드론은 지상 로봇 가까이 위에 있어야 한다.

정찰과 중계를 한 기체에 맡기지 않는다. 드론 한 대가 탐색하러 떠나면 그 순간 지상 로봇의 중계가 끊긴다. 선택지는 셋이다. ① 중계 전용 기체를 둔다(대수가 는다). ② 지상 로봇 위의 계류 드론을 중계로 사용한다(전력 걱정이 없다, 1.14·3.17). ③ 저장 후 전달 — 지상 로봇이 자료를 쌓아 두었다가 드론이 지나갈 때 한꺼번에 넘긴다(데이터 뮬). 실시간성이 필요 없는 지도·영상에 맞다. 중계는 처리량을 홉 수로 나누고 단일 고장점이 된다는 점도 함께 따진다(3.10.6.3).

수중 로봇은 자릿수가 다르다. 바닷물에서 무선은 거의 통하지 않아 수중 로봇은 음향으로 말한다. 소리의 속도가 약 1,500 m/s라 1 km에 편도 0.67 s, 5 km에 3.3 s가 걸린다. 음향 모뎀의 속도는 수 kbit/s 안팎으로 알려져 있다 (문헌 범위). 5 kbit/s로 가정하면 100 kB 소나 영상 하나에 160 s가 걸리고, 드론 영상 링크(5 Mbit/s 가정)보다 1,000배 느리다. 그래서 수중 로봇은 상태와 짧은 명령만 실시간으로 보내고, 큰 자료는 떠올라서 무선으로 올리거나 수상 로봇·드론이 가까이 와서 받는다. 수상 로봇은 음향과 무선을 바꾸는 관문이고, 드론은 수상 로봇과 해안 사이를 잇는 공중 중계가 된다. 수중 음향 통신에는 공통 신호 규격 JANUS(NATO STANAG 4748)가 있다.

이질적 링크를 한 팀으로 묶는 다섯 가지.

7.15.8 공개된 연구·실증 사례

몇 가지를 덧붙인다. SubT 결선에서 CERBERUS와 CSIRO Data61은 23점으로 동점이었고, 마지막 산출물을 먼저 보고한 쪽을 앞세우는 규칙으로 CERBERUS가 1위, CSIRO Data61이 2위, MARBLE이 18점으로 3위였다. 대회 경과와 탐사 알고리즘은 7.14이 다룬다. Ingenuity는 30일 동안 다섯 번 나는 기술 시연으로 계획됐으나 로버의 과학 운용에 편입되어 72회를 날았고, 마지막 착륙에서 회전 날개가 손상되어 2024년 1월 25일 임무 종료가 발표됐다. 헬리콥터는 지구와 직접 말하지 못하고 로버를 거쳐서만 통신했다. 링크 속도는 JPL 보도자료에 "초당 최대 250 킬로바이트"로 적혀 있으나 다른 공개 자료는 250 kbit/s로 적어 단위가 불일치한다 (확인 필요). UPS 시험의 드론은 30분 비행, 10파운드(약 4.5 kg) 탑재로 소개됐다 (공개 주장치).

7.15.9 워크스루 — 산사태 마을 수색 팀의 설계

과제. 산사태 뒤 산자락 마을(600 m × 600 m)에서 잔해 속 생존자 후보 8곳을 찾아 지상에서 확인한다. 진입로는 한 모서리뿐이다. 드론 1대와 지상 로봇 1대(드론 충전기 탑재)를 사용한다. 값은 이 장의 가정을 따른다.

결론. 이 팀의 완료 시각을 정하는 것은 드론이 아니라 지상 로봇의 이동과 확인이다. 같은 예산이면 드론을 늘리기보다 지상 로봇을 하나 더하는 편이 빠르다(28.2분에서 21.4분). 통신은 정찰 드론과 중계를 분리해야 끊기지 않는다. 이 워크스루는 평지 직선 이동과 확실한 탐지를 가정했다. 잔해 지형에서 지상 로봇의 실제 이동 시간은 몇 배 길어질 수 있고, 그만큼 지상 로봇이 병목이라는 결론은 더 강해진다.

7.15.10 설계 트레이드오프

① 동종 군집으로 간다. 한 종류의 로봇을 여러 대 사용한다. 메시지·좌표·시험이 단순하고 승인이 쉽다(7.9·7.10). 대가는 능력의 빈칸을 메우지 못한다는 것이다. 위 시뮬레이션의 "공중만" 팀처럼 끝내지 못하는 과제가 생긴다.

② 고정 역할의 이종 팀. "드론은 찾고 지상 로봇은 확인한다"처럼 역할을 미리 정한다. 할당이 단순해 검증하기 쉽고 실패 원인을 찾기 쉽다. 대가는 상황이 바뀌어도 역할이 고정된다는 점이다. 드론이 확인할 수 있는 열린 곳의 대상도 지상 로봇을 기다린다.

③ 동적 할당·연합 형성. 능력과 상태를 실시간으로 주고받아 과제를 다시 나눈다. 효율이 가장 높다. 대가는 통신 의존, 선후 관계 때문에 생기는 교착(서로를 기다림), 그리고 시험할 조합의 폭증이다.

견해: 민간 임무의 출발점은 ②이고, ③은 병목 자원의 재할당에만 사용하는 편이 낫다고 본다. 근거는 셋이다. 첫째, 7.15.5.2에서 완료 시각을 정한 것은 할당의 정교함보다 병목 자원(지상 확인)의 대수였다. 둘째, 이종 팀의 링크는 층마다 자릿수가 달라(7.15.7) 동적 합의가 가장 느린 링크에 묶인다. 셋째, 고정 역할은 운용 위험 평가와 안전 사례(8.7)에서 각 로봇의 책임 경계를 분명히 그어 준다. 반대로 통신이 좋고 대상이 많으며 상황이 빨리 변하는 대규모 농업·물류에서는 ③의 이득이 커질 수 있다.

7.15.11 세 축 비교

7.15.12 관련 규격·프로토콜

이종 로봇 협업 자체를 정하는 단일 표준은 확인하지 못했다. 협업은 각 영역의 메시지·통신 규격을 잇는 관문 위에서 이루어진다.

규격의 지형과 찾는 법은 9.1·A.6에 있다.

7.15.13 관련 규제·인증 요구와의 연결

이종 팀을 한꺼번에 승인하는 제도는 확인하지 못했다. 각 로봇이 자기 영역의 규정을 따로 받는다. 그래서 한 임무 안에서 규정이 중복되고 빈다.

7.15.14 함정과 한계

이 장의 한계도 밝혀 둔다.

• 모형은 2차원 점 질량이다. 지상 로봇의 험지 이동·우회, 드론의 미탐지, 움직이는 대상, 링크 단절을 넣지 않았다.
• 확인 성공 확률 0.6, 탐색 폭, 충전 시간은 가정이다. 실제 값은 센서·환경·기체에 달려 시험으로 정한다.
• 팀 비교는 로봇 대수를 같게 두었다. 비용·인력·승인 부담을 같게 두면 결론이 달라질 수 있다.
• 사례는 공개 자료의 범위에서만 작성했다. 대회 결과의 세부와 기업 시험의 성능은 발표 주체의 주장이다.

7.15.15 체크포인트·연구 질문

체크포인트

1. 드론과 지상 로봇이 서로의 빈칸을 메우는 능력 네 가지를 들고, 섞는 대가를 둘 말하라.
2. 고도 40 m, 자세 오차 0.5°에서 절대 좌표와 같은 영상 안 상대 위치(간격 12 m)의 오차가 왜 한 자릿수 차이 나는가?
3. "드론이 찾고 지상 로봇이 확인한다"는 과제는 Gerkey·Matarić와 Korsah 등의 분류에서 어디에 속하는가?
4. 혼합 팀(드론 1 + 지상 1)에 드론을 더할 때와 지상 로봇을 더할 때 완료 시각이 다르게 변하는 이유를 설명하라.
5. 비행 18분, 교환 3분, 충전 지점 3 km, 12 m/s에서 유효 체공 비율과 상시 1대에 필요한 기체 수를 구하라.
6. 수중 로봇이 2 km 떨어진 수상 로봇에게 100 kB를 5 kbit/s로 보낼 때 지연과 전송 시간을 어림하라.

연구 질문 — 이 장에서 파생되는 열린 주제(25.7에 모은다)

1. 시점 불변 공통 표현 — 공중 시점과 지상 시점에서 함께 안정적으로 보이는 구조(의미·기하)를 학습으로 얻을 수 있는가? 수관 아래 지면처럼 한쪽만 보는 곳의 불확실성을 어떻게 표시하는가(7.13)?
2. 능력 불확실성 아래의 할당 — 확인 성공 확률처럼 능력이 확률로만 알려질 때, 선후 관계가 있는 이종 할당의 완료 시각을 보장하는 방법은 무엇인가?
3. 이동 충전과 탐색 경로의 공동 최적화 — 지상 로봇의 경로를 충전 지점이자 확인 순회로 함께 사용할 때 최적 구조는 무엇인가(TERRA류 계획의 확장)?
4. 이질 링크 위 공유 세계 모델의 일관성 — 속도가 자릿수로 다른 링크 위에서 모두가 같은 과업 상태를 본다는 것을 어떻게 시험·보증하는가(7.10)?

1차 출처(이 장)

• Gerkey, B. P.; Matarić, M. J., "A formal analysis and taxonomy of task allocation in multi-robot systems," International Journal of Robotics Research 23(9), 2004.
• Korsah, G. A.; Stentz, A.; Dias, M. B., "A comprehensive taxonomy for multi-robot task allocation," International Journal of Robotics Research 32(12), 2013.
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• 14 CFR 107.25(eCFR).

출처를 찾고 판을 추적하는 방법은 0.9에서 다룬다.

다음 장: 7.16에서는 로봇끼리의 협업에서 사람과 드론의 상호작용으로 넘어간다. 조종자가 아닌 주변 사람과 함께 일하는 사람이 제스처·음성으로 드론에게 말하고, 드론이 움직임·빛·소리로 의도를 알리는 법을 다룬다. 사람이 편하게 느끼는 접근 거리와 속도에 관한 공개 연구, 손으로 잡는 드론과 충돌 에너지, 소음과 촬영 의심이 만드는 신뢰의 문제를 계산과 함께 살핀다.