제7부 자율성·군집
7.16 인간-드론 상호작용: 제스처·음성·근접 상호작용·물리적 상호작용·신뢰
7.16.1 이 장에서 배우는 것 / 선수 지식 / 특히 중요한 독자
드론이 사람 곁으로 내려오고 있다. 손바닥에서 이륙해 손짓으로 사진을 찍고, 마당에 물건을 내려놓고, 창고에서 작업자 옆을 날고, 재난 현장에서 피해자 앞에 멈춘다. 이 장은 조종자가 아닌 사람, 즉 드론을 사용하는 사람·함께 일하는 사람·물건을 받는 사람·그저 지나가는 사람과 드론이 주고받는 상호작용을 다룬다. 핵심은 하나다. 가까이 있는 드론은 사람에게 말을 걸지 않아도 이미 소리·바람·카메라로 말하고 있다. 상호작용 설계는 그 위에서 시작한다.
배우는 것:
- 범위와 채널 — 조종 HMI·감독 제어와의 경계, 사람의 여러 자리, 입력·표시·의도하지 않은 채널의 지도.
- 입력 — 제스처·음성·시선·몸 추종·자연어. 사람들이 드론을 어떻게 부르려 하는지에 관한 공개 연구, 기체 위 마이크가 말을 듣기 어려운 물리적 이유, 오인식이 오작동이 되는 확률.
- 근접 상호작용 — 사람이 편하게 느끼는 접근 거리·속도·방향에 관한 공개 연구(원문으로 확인한 것과 인용으로만 본 것을 구분), 사람이 다가설 때의 정지 예산, 가까이에서의 하강풍과 소음.
- 의도 표시 — 움직임·빛·소리로 드론의 다음 행동을 알리는 법.
- 물리적 상호작용 — 손으로 잡는 드론, 보호 케이지와 덕트, 접촉 에너지와 날개 베임, 가드의 대가.
- 신뢰·수용성·개인정보 — 과신과 불신, 소음 성가심, 촬영 의심, 한국의 이동형 영상정보처리기기 규정.
선수 지식: 충돌 에너지와 규정이 사용하는 에너지 값은 1.30.3, 소음의 거리 감쇠와 심리음향은 1.31.5·1.31.6, 호버 유도속도는 1.2.3, 덕티드 팬은 1.3.8, 자연어 지시의 안전 구조는 7.6.6, 운용자의 자동화 신뢰 교정은 7.11.7이다. 원격조종사의 인간요인·HMI·작업부하는 8.18이 맡는다. HRI의 일반론(근접학·의도 추정·물리적 HRI·신뢰)은 자매서 robotics의 제23부로 넘긴다.
특히 중요한 독자: 엔지니어·제품 설계자는 7.16.3~7.16.6의 계산과 7.16.9의 워크스루를 본다. 사업·운영 담당자는 7.16.4.1의 연구 표와 7.16.8의 응용별 표를 본다. 정책·법무 담당자는 7.16.7과 7.16.13을 먼저 본다. 근접 상호작용의 상당 부분이 항공 규정보다 개인정보·제조물·산업안전 규정에 걸린다.
기준 시점과 경계. 이 장은 2026년 10월을 기준으로, 지식은 2026년 중반까지 반영했다. 계산은 파이썬 표준 라이브러리로 했고(
mil-uam/fig-src/7.16-model.py) 값은 일반적 모형, 교육용 가정이다. 공개 연구의 수치는 원문을 직접 읽은 것(Cauchard 등 2015, Wojciechowska 등 2019, Duncan·Murphy 2013의 초록, Abtahi 등 2017의 초록)과 다른 논문의 인용으로만 확인한 것을 표에서 구분했다. 인용으로만 본 수치는(원문 확인 필요)다. 근접 연구는 대부분 수십 명 규모, 작은 드론, 보호 덮개, 실험실의 결과이므로 설계 기준이 아니라 출발점으로 읽는다. 제품의 기능은(공개 주장치)다.
7.16.2 범위와 개념 — 조종자가 아닌 사람과 드론
결론부터: 인간-드론 상호작용(HDI)은 조종이 아니다. 조종 HMI는 훈련받은 한 사람이 화면과 조종기로 기체를 다루는 일이고(2.11·8.18), 감독 제어는 한 사람이 여러 대의 예외를 처리하는 일이다(7.11). HDI는 훈련받지 않은 사람이 맨몸으로, 가까이에서 드론과 주고받는 일이다. 그래서 인터페이스가 화면이 아니라 몸·말·공간·소리다.
사람의 자리는 여섯으로 나눠 본다. ① 사용자 — 개인 촬영 드론을 손짓으로 부리는 사람. ② 협업자 — 창고·점검 현장에서 드론 옆에서 일하는 작업자. ③ 수령인 — 배송 드론에게서 물건을 받는 사람. ④ 피해자 — 구조 현장에서 드론을 처음 보는, 겁먹은 사람. ⑤ 관객 — 드론 쇼를 보는 군중. ⑥ 행인 — 상호작용할 생각이 전혀 없는데 드론을 마주친 사람. 뒤로 갈수록 드론에 대한 지식과 동의가 줄어든다. 아래 그림이 채널의 지도다.
그림의 아래 칸이 이 장의 출발점이다. 소음·하강풍·카메라·충돌 위험은 설계자가 상호작용으로 의도하지 않아도 모든 사람에게 닿는다. 행인의 신뢰와 수용성은 손짓 인식의 정확도보다 먼저 여기서 정해진다(7.16.7).
세 축에서 문제의 모양이 다르다. 군용 드론에서는 소부대 병사가 손에서 날리고 받는 초소형 드론이 주된 근접 상호작용이고, 소리·빛을 줄이는 요구가 표시 채널과 부딪친다(5.6·10.5). 민간 UAS에서는 개인 촬영·배송·실내 작업·드론 쇼가 사람 곁에서 일어나 가장 넓다. AAM에서는 승객과 지상 조업원이 커다란 회전 날개 옆을 걷고, 자율 비행이 되면 승객의 신뢰가 사업의 조건이 된다(15.23).
7.16.3 입력 — 제스처·음성·시선·몸 추종·자연어
7.16.3.1 사람은 드론을 어떻게 부르려 하나
가장 많이 인용되는 탐색 연구는 Cauchard 등(UbiComp 2015)이다. 참가자 19명에게 과제 카드 18장을 주고, 실제로는 실험자가 몰래 조종하는 드론(DJI Phantom 2, 프로펠러 가드 장착, 야외)에게 "가장 자연스러운 방법으로" 지시하게 했다. 결과는 다음과 같다(원문 확인).
| 항목 | 결과 |
|---|---|
| 사용한 방식(과제 전체, 중복 허용) | 제스처 86 %, 소리 38 %, 둘 다 26 % |
| 참가자 사이 합의 | 상호작용의 44 %에서 강한 합의(점수 0.5 초과). "움직임 멈춰"의 제스처 합의는 1.00 |
| 비유 | 한 명을 빼고 모두 사람을 대하듯 했고, 19명 중 16명이 반려동물(주로 개)처럼 대했다 |
| 느낌 | 90 %가 통제하고 있다고, 95 %가 자연스럽다고 답했다. 16명이 안전하다고 느꼈다 |
| 시간에 따른 변화 | 대표 과제를 다시 할 때 소리를 사용한 비율이 37 %에서 57 %로 늘었다 |
읽을 점: 사람들은 손짓을 먼저 사용하고, 친해지면 말을 늘린다. "멈춰"처럼 안전에 중요한 명령일수록 사람들의 손짓이 일치한다. 이것은 설계의 기회다. 멈춤 명령은 누구나 하는 손짓으로 받으면 된다. 제품도 이 방향으로 갔다. DJI는 2017년 5월 손바닥 이륙과 손짓 조작을 내세운 Spark를 발표했다 (공개 주장치).
몸 추종(사람을 따라가며 촬영)은 가장 널리 사용되는 "입력 없는 입력"이다. 실패는 대개 추적 대상이 가려지거나 비슷한 사람으로 바뀌는 순간에 온다. 추적 실패의 기본 동작(그 자리 호버·상승·귀환)을 미리 정한다(2.6). 시선은 드론이 "나를 보고 있는가"를 사람이 읽는 채널로 더 많이 사용된다(7.16.5). 자연어 지시는 파운데이션 모델로 가능해졌지만, 모델이 계획을 제안하고 검증기가 승인하는 구조를 유지한다(7.6.6).
7.16.3.2 음성은 왜 어려운가 — 기체의 자기 소음
말로 드론에게 지시하기 어려운 이유는 언어 이해가 아니라 음향이다. 기체에 단 마이크는 로터에서 수십 cm 안에 있다. 어림해 보면 차이가 크다. 1 m에서 보통 말소리를 약 60 dB(A)로 두고(문헌 범위), 로터 하나가 1.31.9의 2 kg 쿼드콥터처럼 81 dB(A)를 내며 마이크에서 0.15 m 떨어져 있다고 하면, 자유음장 점음원 근사로 마이크의 자기 소음은 약 92 dB(A)다. 말하는 사람이 2 m 떨어지면 신호 대 잡음비는 약 −38 dB다. 이 근사는 근거리장에서 거칠지만 수십 dB 모자란다는 자릿수는 바뀌지 않는다.
연구 쪽 증거도 같은 방향이다. 드론에 단 8채널 마이크 배열과 로터 회전수를 함께 기록한 공개 데이터셋 DREGON(Strauss 등, IROS 2018)의 기준 방법들은 강한 잡음 속 광대역 소리의 방향은 잘 찾았지만 극심한 잡음 속 말소리는 여전히 어려운 과제로 남겼다. 이 데이터의 일부로 2019년 IEEE 신호처리 컵이 드론 탑재 마이크로 구조 신호의 방향을 찾는 과제를 열었다. 그래서 실용적인 음성 입력은 사람 쪽 마이크(휴대전화·이어셋·무전기)를 거치거나, 몇 개의 짧은 명령어와 누름 버튼 대화로 좁힌다. 피해자의 목소리를 찾는 일은 명령 인식이 아니라 소리 탐지라서 따로 다룬다(6.9).
7.16.3.3 인식 오류와 안전 — 오작동 확률과 명령 설계
결론부터: 손짓 인식이 "거의 틀리지 않는다"고 해도 오래 켜 두면 오작동은 거의 확실해진다. 그래서 명령을 위험도로 나누고, 위험한 명령은 두 단계로 받는다.
초당 오인식 확률이 $p$이고 독립이면 $T$초 동안 한 번이라도 오작동할 확률은 다음이다. 활성화 손짓 뒤 $w$초 안에 명령 손짓이 와야 하는 두 단계 설계에서는 초당 확률이 대략 $p_a\,(1-(1-p_c)^w)$로 준다.
$$P_{\text{오작동}}(T)=1-(1-p)^{T}$$
| 설계 | 초당 오인식 | 10분 | 1시간 |
|---|---|---|---|
| 한 단계 | 0.001 | 45.1 % | 97.3 % |
| 한 단계 | 0.0001 | 5.8 % | 30.2 % |
| 두 단계(0.001 뒤 3초 안에 0.001) | — | 0.18 % | 1.1 % |
사람이 손을 계속 움직이는 현장에서 초당 0.001은 낙관적인 값일 수 있다 (가정). 설계 원칙은 셋이다. ① 멈춤·물러남처럼 안전 쪽 명령은 한 단계로, 넓게 받는다. 잘못 멈춰도 위험이 작다. ② 다가옴·착륙·물건 놓기처럼 위험 쪽 명령은 두 단계로, 좁게 받는다. ③ 누가 명령하는가를 정한다. 사용자가 아닌 행인의 손짓에 반응하면 안 된다. 사용자 식별(앱 연결·등록한 몸 특징)은 생체정보 처리 문제를 만든다(7.16.7).
7.16.4 근접 상호작용 — 거리·속도·방향·높이
7.16.4.1 근접학과 공개 연구
사람이 서로 유지하는 거리는 Hall(1966)의 근접학으로 나눈다. 친밀 거리 약 0.46 m(1.5 ft) 안, 개인 거리 0.46~1.22 m(4 ft), 사회 거리 1.22~3.66 m(12 ft), 그 밖은 공공 거리다. 드론 연구는 이 구획을 빌려 "드론이 어디까지 와도 편한가"를 묻는다. 주요 결과를 출처 확인 수준과 함께 정리한다.
| 연구 | 표본·기체·환경 | 무엇을 쟀나 | 결과 | 확인 |
|---|---|---|---|---|
| Duncan·Murphy(RO-MAN 2013) | 16명, 소형 드론 | 높이 2.13 m 대 1.52 m 접근의 편안함(심박 변이도·멈춘 거리) | 높이에 따른 결정적 차이 없음. 저자들은 사람 실험을 그대로 옮긴 설계와 "다칠 수 없다"는 안내를 한계로 꼽았다 | 초록 |
| Cauchard 등(UbiComp 2015) | 19명, 가드 단 Phantom 2, 야외 | 가장 가까이 오게 한 거리 | 친밀 7명, 개인 9명, 사회 3명, 공공 0명. 소음·바람으로 3명이 사회 거리를 원했다 | 원문 |
| Acharya 등(IROS 2017) | 16명, 지름 540 mm 쿼드콥터 대 지상 로봇 | 편안한 거리 | 드론 65.5 cm, 지상 로봇 36.5 cm. 소음·바람이 편안함을 낮췄다 | 인용 (원문 확인 필요) |
| Wojciechowska 등(HRI 2019) | 24명, Parrot AR.Drone 2.0(실내 보호 덮개), 실내 17×9×5 m, 자율 비행 | 거리 0.5·1.2·2.4 m, 속도 0.25·0.5·1.0 m/s, 방향 정면·오른쪽 앞·뒤, 궤적 직선·내려오며·올라오며 | 1.2 m, 0.5 m/s, 정면, 직선이 유의하게 선호됐다. 뒤에서 오면 각성이 오르고 편안함이 떨어졌다. 85 %가 완전히 안전하다고 느꼈다 | 원문 |
| Bretin 등(INTERACT 2023) | 42명, DJI Tello, 실제와 가상현실 | 불편해지는 거리 | 약 1.2 m 안쪽(개인 공간)에서 불편이 늘었다 | 인용 (원문 확인 필요) |
| Abioye 등(2024, arXiv 사전 공개) | 소규모, 450 mm 쿼드콥터, 그물 밖 관찰 | 불편할 때 누르는 버튼 | 한 대는 약 2 m, 여러 대는 약 1 m 더 먼 거리를 안전 거리로 제안. 본문 안에서 구역 경계 수치가 불일치한다 | 원문(요약) |
읽을 점 셋. ① 작고 보호된 드론이면 사람들은 개인 거리(약 1.2 m)까지 받아들인다. 1.2 m 선호는 Wojciechowska 등의 직접 비교에서 나왔고, 여러 연구가 이 근처를 시사한다. ② 속도에는 적정점이 있다. 0.25 m/s는 너무 느리고 1.0 m/s는 불편했다. 지상 로봇 연구에서 편한 속도로 보고된 0.25~0.38 m/s(Butler·Agah, 2001, Wojciechowska 등의 인용)보다 빠르다. ③ 방향이 중요하다. 보이지 않는 뒤에서 오는 접근은 일관되게 싫어한다. 참가자의 72 %가 뒤 접근이 불편하다고 했다.
이 숫자들을 설계 기준으로 그대로 사용하면 안 된다. 기체는 손바닥~노트북 크기였고, 대부분 보호 덮개를 달았고, 참가자는 실험실에서 "안전하다"는 안내를 받았다. Wojciechowska 등도 보호 덮개가 안전감을 높였을 수 있다고 적었다. 더 크고 시끄럽고 가드가 없는 기체, 야외, 여러 대, 예고 없는 접근에서 같은 결과가 나온다는 근거는 아직 약하다.
7.16.4.2 정지 예산 — 사람이 다가설 때
선호 거리 1.2 m에 멈추도록 설계해도 사람이 움직인다. 드론이 $v_d$로 다가오고 사람이 $v_h$로 마주 걸어올 때, 감지·판단 지연 $t_r$ 뒤 가속도 $a$로 상대 속도를 없애는 데 사용하는 거리는 다음이다(드론은 멈춘 뒤 뒤로 물러날 수 있다고 둔다).
$$d_{\text{필요}}=v_{\text{rel}}\,t_r+\frac{v_{\text{rel}}^2}{2a},\qquad v_{\text{rel}}=v_d+v_h$$
$t_r=0.3$ s, $a=3$ m/s²(사람 곁에서 거칠지 않은 감속, 가정)로 계산했다.
| 드론 접근 속도 | 정지 거리 — 사람이 서 있을 때 | 정지 거리 — 사람이 1.4 m/s로 다가올 때 | 접촉하면 0.9 kg 기체의 상대 운동에너지(서 있을 때 → 다가올 때) |
|---|---|---|---|
| 0.25 m/s | 0.09 m | 0.95 m | 0.03 J → 1.23 J |
| 0.5 m/s | 0.19 m | 1.17 m | 0.11 J → 1.63 J |
| 1.0 m/s | 0.47 m | 1.68 m | 0.45 J → 2.59 J |
| 2.0 m/s | 1.27 m | 2.95 m | 1.80 J → 5.20 J |
읽을 점: 사람이 서 있으면 0.5 m/s 접근의 정지 거리는 20 cm 남짓이다. 그러나 사람이 보통 걸음으로 한 걸음 다가서면 1.2 m의 여유가 거의 다 사용된다. 그래서 근접 설계에서 물러남은 접근만큼 중요한 기능이다. 사람의 움직임을 예측하고(자매서 robotics의 제23부), 사람이 다가서면 먼저 물러나며, 물러날 공간(뒤쪽 장애물)을 확인해 두어야 한다. 실내라면 벽이 그 공간을 빼앗는다.
7.16.4.3 하강풍과 소음 — 가까이 오면 무엇이 닿나
하강풍. 로터는 공기를 아래로 밀어 선다(1.2.3). 호버 유도속도는 $v_h=\sqrt{T/(2\rho A)}$이고 먼 후류의 이상값은 $2v_h$다. 디스크 하중이 비슷하면 작은 드론도 바람은 세다.
| 기체(가정) | 디스크 하중 | 유도속도 $v_h$ | 이상 후류 $2v_h$ |
|---|---|---|---|
| 0.25 kg, 지름 12 cm 로터 4개 | 54 N/m² | 4.7 m/s | 9.4 m/s |
| 0.9 kg, 지름 18 cm 로터 4개 | 87 N/m² | 6.0 m/s | 11.9 m/s |
| 2 kg, 지름 25.4 cm 로터 4개(1.7.7.1·1.2.9) | 97 N/m² | 6.3 m/s | 12.6 m/s |
이상 후류는 로터 바로 아래의 상한이고 거리에 따라 퍼지며 약해진다. 그래도 사람 머리 위로 지나가거나 위에서 내려오는 접근은 얼굴과 머리카락에 센 바람을 쏟는다. 참가자들이 "뒤에서 프로펠러 바람을 느끼고 놀랐다"고 한 기록(Wojciechowska 등)과 같은 이야기다. 눈높이 접근이 선호되는 이유의 하나다.
소음. 1.31.5의 식을 자유음장으로 사용하면 $L(r)=L_{WA}-11-20\log_{10}r$이다. 1.31.9의 2 kg 쿼드콥터($L_{WA}=87$ dB(A))로 그렸다.
개인 거리 1.2 m에서 귀의 소음은 약 74 dB(A)다. 보통 대화(1 m에서 약 60 dB(A), 문헌 범위)보다 14 dB 안팎 크다. 6 dB 조용한 설계도 사회 거리 안쪽에서는 대화를 마스킹한다. 가까이 머무는 드론과 사람이 말로 주고받기 어렵고, 드론 옆의 두 사람도 서로의 말을 놓친다. 그래서 근접 상호작용의 표시는 빛·움직임·사람의 휴대 기기로 옮겨 간다. 같은 레벨이라도 낮은 고도에서 머무는 드론이 지나가는 드론보다 더 성가시다는 결과(1.31.6)도 근접 설계에 불리하다.
7.16.5 의도 표시 — 드론이 사람에게 말하는 법
사람은 드론의 다음 행동을 알아야 비켜서거나 기다릴 수 있다. 드론에는 얼굴도 정해진 앞뒤도 없어 이것이 어렵다. 공개 연구가 다룬 채널은 넷이다.
- 움직임 자체. Szafir·Mutlu·Fong(HRI 2014)은 비행 경로를 이루는 움직임 원형(가감속의 완급 등)을 바꿔 의도를 알아보기 쉽게 만드는 법을 시험했다. Wojciechowska 등의 참가자 64 %는 드론의 접근을 "나에게 무언가 하려는 것"으로 해석했다. 움직임은 의도하지 않아도 신호로 읽힌다.
- 빛. 같은 연구진(HRI 2015)은 소형 비행 로봇의 방향을 알리는 여러 빛 신호 설계를 기성 기체에 달아 비교했고, 그중 세 설계가 신호 없는 기준보다 사람의 예측을 빠르고 정확하게 했다고 보고했다.
- 인지 표시. "당신을 봤다"를 알리는 것이다. Jensen 등(CHI 2018)은 방향 돌리기와 인사 같은 움직임을 섞으면 높은 인지 수준을 전할 수 있고, 약 2 m 거리가 선호됐다고 보고했다(Wojciechowska 등의 인용,
(원문 확인 필요)). 멀리 있는 드론의 주의를 손을 흔들어 끄는 연구도 있다(Monajjemi 등, IROS 2016). - 소리·화면·투사. 근접 거리에서는 자기 소음 때문에 소리가 약하다(7.16.4.3). 화면은 작고, 바닥에 투사하는 방식이 연구되고 있다.
규정이 요구하는 빛과 의도 표시는 다르다. 미국 14 CFR 107.29는 야간과 시민 박명 시간의 운용에 3 statute mile 밖에서도 보이는 충돌 방지등을 요구하고, 상황에 따라 밝기를 줄일 수는 있어도 끄지는 못하게 한다(14.17). 이것은 다른 항공기에게 존재를 알리는 빛이다. 근접 의도 표시는 사람에게 방향과 다음 행동을 알리는 빛이어서, 항공 등화의 색 관례(왼쪽 빨강·오른쪽 초록)와 섞이지 않게 설계한다. 촬영 중임을 알리는 표시는 한국 법이 요구하기도 한다(7.16.7).
7.16.6 물리적 상호작용 — 잡기·밀기·가드
결론부터: 사람 곁을 천천히 나는 작은 드론의 둔기 충격 에너지는 작다. 근접 접촉의 진짜 위험은 회전 날개의 베임, 눈, 머리카락 감김, 그리고 놀란 사람의 반사적인 동작이다. 가드는 베임을 막지만 무게와 동력을 치른다.
1.30.3의 규정 값과 비교하면 위치가 보인다. 가장 낮은 값 14.9 J(11 ft·lbf)에 닿으려면 0.25 kg 기체는 10.9 m/s, 0.9 kg은 5.8 m/s, 2 kg은 3.9 m/s, 4 kg은 2.7 m/s의 상대 속도가 필요하다. 접근 속도 0.25~1 m/s에서는 4 kg도 2 J 이하다. 이 값은 총 운동에너지이고, 사람에게 전달되는 에너지는 더 작다(1.30.3.3). 반면 깃끝 속도는 수십 m/s다(1.31.9의 가정 63.9 m/s). 깃 하나의 에너지는 작아도 깃끝이 피부를 벤다. 미국 14 CFR 107.110·107.120이 사람 위 운용의 Category 1·2 기체에 "사람 피부를 찢을 수 있는 노출 회전부가 없을 것"을 따로 요구하는 이유다(1.30.3.2).
손으로 만지는 드론. Abtahi 등(IMWUT 2017)은 같은 지시 실험을 보통 드론과 만져도 안전한 드론(날개를 감싼 케이지)으로 반복했다. 안전한 드론에서는 참가자의 58 %가 스스로 손을 사용했고, 전체 상호작용의 39 %가 접촉이었다. 케이지가 접촉이라는 새 입력 채널을 연다는 뜻이다. 반대로 Wojciechowska 등은 보호 덮개가 있으면 사람들이 가드 없는 기체도 밀거나 만지려 할까 걱정했다. 안전 설계가 행동을 바꾸고, 바뀐 행동이 다른 기체에서는 위험이 된다.
가드의 대가. 같은 로터에서 호버 동력은 무게의 1.5제곱에 비례한다(1.2.3). 가드가 전체 질량의 몇 %인가에 따라 다음과 같다.
| 가드 질량(전체 대비) | 호버 동력 증가 | 호버 체공 변화 |
|---|---|---|
| 10 % | +15.4 % | −13.3 % |
| 20 % | +31.5 % | −23.9 % |
| 30 % | +48.2 % | −32.5 % |
여기에 케이지가 하강풍을 가로막는 손실이 더해진다 (형상 의존, 시험 필요). 덕트는 무게를 더하지만 호버 효율을 일부 되찾을 수 있다(1.3.8). 접촉을 감지하면 모터를 멈추는 기능(관성 측정의 충격·모터 전류)은 베임 시간을 줄이지만, 공중에서 모터를 멈추면 기체가 떨어진다. 사람 손 위에서 멈추는 것과 머리 위에서 멈추는 것은 다른 사건이다. 손바닥 이륙·착륙처럼 접촉이 의도된 동작은 별도의 모드로 두고, 그 모드에서만 날개 정지를 허용하는 설계가 흔하다 (제품 공개 자료 기준).
7.16.7 신뢰·수용성·개인정보
신뢰는 두 방향으로 어긋난다. 운용자의 자동화 신뢰 교정은 7.11.7이 다뤘다. 주변 사람에게도 같은 구조가 있다. Cauchard 등의 참가자들은 드론을 믿게 되자 "거의 안전하지 않은 거리까지" 불러들였다. 과신이다. 반대로 소음·바람·카메라는 아무 일도 하지 않는 드론을 불신하게 만든다. 로봇 신뢰에 관한 메타분석은 신뢰에 가장 큰 영향을 주는 것이 로봇의 성능과 관련된 요인이라고 보고했다(Hancock 등, 2011). 드론이 예측대로 움직이고, 의도를 보이고, 약속한 거리에서 멈추는 것이 신뢰의 바탕이라는 뜻이다.
소음 성가심. 같은 레벨에서도 드론 소음이 도로 차량보다 성가시다는 보고와, 낮은 고도에 머무는 드론이 더 성가시다는 보고가 있다(1.31.6). 근접 상호작용은 정의상 낮게 머무는 일이어서 수용성에 불리하다. 소음 수용성의 사회적 측면은 21.10가 맡는다.
촬영 의심. 카메라를 단 드론은 찍지 않아도 찍는 것으로 보인다. 미국 시민의 드론 사생활 인식을 면담한 연구(Wang 등, PoPETs 2016)와, 조종자와 행인 모두에게 사생활 보호 장치를 물은 연구(Yao 등, CHI 2017)가 이 의심을 다뤘다. 한국은 2023년 3월 14일 「개인정보 보호법」에 제25조의2(이동형 영상정보처리기기의 운영 제한)를 신설해 2023년 9월 15일부터 시행했다. 업무를 목적으로 공개된 장소에서 이동형 기기로 사람을 촬영하는 것을 원칙적으로 제한하고 예외를 두며, 촬영할 때는 불빛·소리·안내판 등으로 촬영 사실을 표시하게 했다. 목욕실·화장실·탈의실처럼 사생활 침해 우려가 큰 곳의 내부를 볼 수 있는 곳에서의 촬영은 인명 구조 같은 예외 말고는 금지한다. 세부 표시 방법은 시행령과 개인정보보호위원회의 안내서가 정한다 (시행령 세부·안내서 발간일 확인 필요). 상세는 18.17이다.
설계로 줄이는 방법은 넷이다. ① 촬영 표시등을 의도 표시와 구별되게 단다(법적 표시와 신뢰 표시를 겸한다). ② 온보드 처리로 사람 얼굴을 기체 안에서 가리고 원본을 남기지 않는다(6.11). ③ 카메라 방향을 사람이 읽을 수 있게 한다(짐벌이 어디를 보는가). ④ 사용자 식별에 사용하는 몸 특징(얼굴·걸음걸이)은 생체정보이므로 최소로 사용하고 기기 안에서 처리한다. EU AI법은 직장과 교육 기관에서 사람의 감정을 추론하는 AI를 의료·안전 목적 외에는 금지한다. 작업자 옆 드론이 표정이나 목소리로 "피로·불안"을 읽게 하려면 이 경계를 먼저 본다(17.15).
7.16.8 응용별 상호작용
| 응용 | 상호작용하는 사람 | 주 채널 | 근접의 쟁점 | 상세 |
|---|---|---|---|---|
| 개인 촬영 | 사용자 | 손바닥 이륙, 손짓, 몸 추종 | 추적 대상 바뀜, 손 근처 날개 | 14.5 |
| 실내 서비스(안내·창고) | 협업자·행인 | 빛, 움직임, 휴대 기기 | 벽 때문에 물러날 공간이 좁다, 실내 규정의 빈칸 | 14.11 |
| 드론 쇼 | 관객 | 빛 그 자체 | 관객과의 분리 거리, 낙하 위험 | 14.5·7.10.11 |
| 배송 수령 | 수령인·이웃 | 앱 알림, 줄로 내림·낮은 높이 투하 | 하강풍, 아이·반려동물의 접근, 촬영 의심 | 14.2 |
| 재난 구조 | 피해자 | 소리·빛·물품 투하, 소리로 사람 찾기 | 겁먹은 사람의 접근, 소음 속 의사소통 | 14.7·14.8 |
| 점검·건설 현장 | 작업자 | 무전, 빛, 정해진 비행 구역 | 작업자 머리 위 비행, 접촉 점검의 날개(2.4) | 14.4 |
| 공공 안전 | 시민 | 스피커, 빛 | 공권력의 감시와 시민 자유 | 14.6·18.18 |
7.16.9 워크스루 — 실내 안내 드론의 접근 설계
과제. 전시장에서 방문객에게 다가가 길을 안내하는 0.9 kg 쿼드콥터를 설계한다. 지름 18 cm 로터 4개를 케이지로 감쌌다(케이지가 질량의 20 %, 가정). 방문객은 서 있거나 걸어온다.
| 단계 | 근거 | 결과 |
|---|---|---|
| ① 접근 조건 | Wojciechowska 등의 선호 조건 | 눈높이, 정면, 직선, 0.5 m/s, 1.2 m에서 정지 |
| ② 정지 예산 | $t_r=0.3$ s, $a=3$ m/s² | 서 있으면 0.19 m. 1.4 m/s로 다가오면 1.17 m — 1.2 m를 거의 다 사용한다 → 사람이 다가오면 먼저 물러나고, 뒤로 1.5 m 이상 빈 공간을 확인 |
| ③ 접촉 에너지 | $\tfrac12 m v_{\text{rel}}^2$ | 최악(1.9 m/s) 1.63 J — 14.9 J의 9분의 1. 날개는 케이지 안 |
| ④ 하강풍 | $v_h=\sqrt{T/2\rho A}$ | 유도속도 6.0 m/s, 이상 후류 11.9 m/s → 머리 위를 지나지 않는다 |
| ⑤ 소음 | $L_{WA}$를 2 kg 기체의 87 dB(A)로 보수적으로 두고 6 dB 낮다고 가정 | 1.2 m에서 약 68 dB(A) → 말 대신 빛·화면·방문객 휴대전화로 안내 |
| ⑥ 가드 대가 | 동력 ∝ 질량$^{1.5}$ | 케이지 20 %에 호버 동력 +31.5 %, 체공 −24 % |
| ⑦ 입력 | 두 단계 손짓 | 10분 동안 오작동 0.18 %(한 단계면 45 %). "멈춰·물러나"는 한 단계 |
| ⑧ 표시 | 의도등과 촬영 표시등을 구별 | 방향 빛 신호, 카메라가 켜지면 별도 표시 |
| ⑨ 규정 | 실내 비행의 항공 규정 적용 여부, 개인정보 | (확인 필요) — 촬영하면 제25조의2의 표시를 검토 |
결론. 이 드론의 안전을 정하는 것은 충돌 에너지가 아니라 물러날 공간과 물러나는 반응이다. 대화는 소음 때문에 드론의 몫이 아니다. 케이지는 베임을 막고 접촉을 허용하지만 체공의 4분의 1을 가져간다. 수치는 모두 가정이며, 실제 선호 거리는 이 기체·이 장소·이 방문객으로 다시 시험해야 한다.
7.16.10 설계 트레이드오프
① 작고 가드 단 드론으로 가까이. 개인 거리까지 다가오고 접촉도 허용한다. 손짓·접촉 같은 직관적 채널을 사용한다. 대가는 짧은 체공·작은 탑재, 그리고 사람들이 다른 드론에게도 같은 행동을 하게 되는 학습 효과다.
② 큰 드론은 멀리, 간접 채널로. 배송·점검처럼 무거운 기체는 사회 거리 밖에 머물고 휴대전화·화면·줄 내림으로 상호작용한다. 하강풍·소음·베임을 거리로 막는다. 대가는 "드론과 함께 일한다"는 경험이 없고 수령·협업이 느리다는 점이다.
③ 접촉을 전제로 한 설계. 케이지·연성 구조·접촉 감지로 사람이 밀고 잡아도 되는 기체를 만든다. 사람 손이 가장 정확한 위치 지정 장치가 된다. 대가는 무게와 효율, 그리고 아직 드론 접촉에 맞는 상해 지표와 시험법이 없다는 점이다(7.16.12).
견해: 사람 곁 드론의 기본은 ②이고, ①은 질량과 속도를 함께 제한한 좁은 범주에서만 사용하는 편이 낫다고 본다. 근거는 셋이다. 첫째, 7.16.4.1의 선호 거리 연구는 작고 보호된 기체의 실험실 결과여서 큰 기체로 일반화할 근거가 약하다. 둘째, 7.16.4.2에서 보았듯 근접 안전은 사람의 움직임에 달려 있어 드론 쪽 설계만으로 닫히지 않는다. 셋째, 소음(7.16.4.3)과 촬영 의심(7.16.7)은 행인에게도 닿아 사용자의 만족과 사회의 수용이 상이하다. 반대로 실내 협업처럼 장소와 사람이 통제된 곳에서는 ③이 생산성을 크게 높일 수 있다.
7.16.11 세 축 비교
| 항목 | 군용 드론 | 민간 UAS | AAM |
|---|---|---|---|
| 상호작용하는 사람 | 소부대 병사(손 발진·회수하는 초소형 드론) | 사용자·협업자·수령인·피해자·관객·행인 | 승객·지상 조업원·버티포트 주변 주민 |
| 주 채널 | 휴대 단말·손짓, 빛·소리 노출을 줄임(5.6) | 앱·손짓·빛·움직임 | 객실 안내·지상 표지·조업 신호 |
| 근접 위험 | 손 근처 날개, 신호 노출 | 날개 베임·하강풍·소음·촬영 | 큰 회전 날개의 위험 구역, 강한 하강풍(15.8) |
| 신뢰의 쟁점 | 운용자의 자동화 신뢰(7.11.7) | 행인의 수용성·개인정보 | 자율 비행에 대한 승객 신뢰(15.23) |
| 관련 규정 | 군 안전 규정 | 사람 위 운용·개인정보·제품 등급 | 버티포트 안전·승객 안전(15.7) |
7.16.12 관련 규격·프로토콜
드론과 사람의 근접·접촉을 직접 정하는 표준은 확인하지 못했다. 가까운 것은 지상 로봇의 협동 안전 표준과 드론 충돌 시험법이다.
| 문서 | 발행 | 무엇을 정하나 | 상세 |
|---|---|---|---|
| ISO/TS 15066:2016 | ISO | 협동 로봇과 사람의 접촉 — 신체 부위별 힘·압력 한계의 개념. 드론에 그대로 적용되지 않는다 | 자매서 robotics 제23부 |
| ISO 10218-1·-2:2025 | ISO | 산업용 로봇 안전. 2025년판이 ISO/TS 15066의 협동 요건을 흡수했다는 보도가 있다 (확인 필요) | 같음 |
| ISO 13482:2014 | ISO | 개인 돌봄 로봇(이동 보조·신체 보조 등)의 안전 (개정 여부 확인 필요) | 같음 |
| ASTM F3389/F3389M-21 | ASTM | 소형 무인기가 사람 머리·목에 주는 둔기 외상 가능성의 충돌 시험법 | 1.30 |
| IEEE 7001-2021 | IEEE | 자율 시스템의 투명성 — 이해관계자별 투명성 수준 | 20.10 |
| EU 2019/945(C 등급) | EU | 개방 범주 기체 등급별 에너지·소음·조명 등 제품 요건 | 17.18·1.31 |
7.16.13 관련 규제·인증 요구와의 연결
| 대상 | 요구 | 이 장과의 연결 | 상세 |
|---|---|---|---|
| 사람 위 운용(미국) | 14 CFR Part 107 Subpart D — Category 1·2 기체에 사람 피부를 찢을 수 있는 노출 회전부 금지, Category 2·3의 에너지 기준 | 가드·케이지(7.16.6) | 1.30.3·17.5 |
| 야간 조명(미국) | 107.29 — 3 statute mile 가시 충돌 방지등, 줄일 수는 있어도 끌 수 없음 | 의도 표시와 구별(7.16.5) | 14.17 |
| 사람 많은 곳 위 비행(한국) | 조종자 준수사항의 군중 위 비행 제한 (조문 확인 필요) | 관객·행인 | 18.3·14.18 |
| 실내 비행 | 실내 비행에 항공 규정이 어디까지 적용되는지는 관할마다 다르고 확인하지 못했다 (확인 필요). 적용되지 않으면 제조물책임·산업안전이 빈자리를 채운다 | 실내 안내·창고(7.16.9) | 14.11·18.22 |
| 이동형 영상정보처리기기(한국) | 「개인정보 보호법」 제25조의2 — 업무 목적 공개 장소 촬영의 원칙 제한과 예외, 불빛·소리·안내판 등 촬영 표시 | 촬영 의심(7.16.7) | 18.17 |
| 생체·감정 인식 | EU AI법의 직장·교육 기관 감정 추론 금지(의료·안전 예외), 생체정보 보호 | 사용자 식별·작업자 상태 추정 | 17.15·18.21 |
| 공공 안전 드론 | 공권력의 공중 감시 | 시민과의 상호작용 | 18.18 |
| 소음 | 제품 소음 한도(EU C 등급)와 지역 소음 규제 | 근접 소음(7.16.4.3) | 1.31·20.11 |
7.16.14 함정과 한계
| 오해 | 실제 | 더 볼 곳 |
|---|---|---|
| "1.2 m가 드론의 안전 거리다" | 작고 보호된 드론의 실험실 선호다. 큰 기체·야외·가드 없음에는 근거가 약하다 | 7.16.4.1 |
| "드론이 1.2 m에서 멈추면 안전하다" | 사람이 걸어오면 그 여유를 거의 다 사용한다. 물러남이 필요하다 | 7.16.4.2 |
| "말로 지시하면 가장 자연스럽다" | 기체 마이크는 자기 소음에 수십 dB 묻힌다. 사람 쪽 마이크를 사용한다 | 7.16.3.2 |
| "인식 정확도가 높으면 오작동이 드물다" | 초당 0.001이면 10분에 45 %다. 위험 명령은 두 단계로 받는다 | 7.16.3.3 |
| "작은 드론은 부딪혀도 괜찮다" | 둔기 에너지는 작지만 날개가 베고, 머리카락을 감고, 눈을 다친다 | 7.16.6 |
| "가드를 달면 끝이다" | 가드가 체공을 깎고, 사람들이 가드 없는 기체도 만지려 하게 만든다 | 7.16.6 |
| "충돌 방지등이 의도 표시다" | 다른 항공기에 존재를 알리는 빛이다. 사람에게 다음 행동을 알리는 빛은 따로 설계한다 | 7.16.5 |
| "촬영하지 않으면 사생활 문제가 없다" | 사람들은 카메라를 보고 판단한다. 표시와 처리 방식을 보여 준다 | 7.16.7 |
이 장의 한계도 밝혀 둔다.
- 근접 연구의 표본이 작다. 수십 명, 대학 구성원 중심, 단일 기체·단일 장소다. 같은 실험을 중국에서 반복한 연구(E 등, CHI 2017)는 두 문화의 참가자 모두 드론을 의인화하고 개인 공간에 받아들였다고 보고했으나
(원문 확인 필요), 문화 차이를 일반화하기에는 표본이 작다. - 계산은 단순 모형이다. 소음은 자유음장 점음원(1 m 안은 근거리장), 하강풍은 이상 운동량 이론, 정지 예산은 일정 감속이다.
- 인용으로만 본 수치(Acharya 등, Bretin 등, Jensen 등, Butler·Agah)는 원문으로 확인하지 못했다.
- 군의 근접 운용은 공개 개념 수준에서만 다뤘다.
7.16.15 체크포인트·연구 질문
체크포인트
- 조종 HMI(8.18)·감독 제어(7.11)와 이 장의 인간-드론 상호작용은 누구를 대상으로 하는가에서 어떻게 다른가?
- Cauchard 등의 결과에서 제스처와 소리의 사용 비율은 얼마였고, 기체에 단 마이크가 말을 듣기 어려운 물리적 이유는 무엇인가?
- 초당 오인식 0.001에서 10분 동안 오작동할 확률을 구하고, 두 단계 설계가 왜 그것을 줄이는지 설명하라.
- Wojciechowska 등이 유의하게 선호된다고 보고한 거리·속도·방향·궤적을 말하고, 이를 설계 기준으로 그대로 사용하면 안 되는 이유 둘을 들라.
- 드론 0.5 m/s, 사람 1.4 m/s, 지연 0.3 s, 감속 3 m/s²에서 필요한 정지 거리를 구하라.
- 가드가 전체 질량의 20 %일 때 호버 동력과 체공은 얼마나 변하는가?
연구 질문 — 이 장에서 파생되는 열린 주제(25.7에 모은다)
- 근접 선호의 일반화 — 더 크고 시끄럽고 가드 없는 기체, 야외, 여러 대, 예고 없는 접근에서 선호 거리와 속도는 어떻게 변하는가? 가상현실 실험은 실제 비행을 얼마나 대신할 수 있는가?
- 의도 표시의 공통 문법 — 제조사마다 다른 빛·소리 신호를 사람들이 배우지 않고 읽을 수 있는 공통 문법이 필요한가? 항공 등화·촬영 표시와 충돌하지 않게 어떻게 정할 것인가?
- 드론 접촉의 상해 지표 — ISO/TS 15066 같은 신체 부위별 한계와 ASTM F3389의 둔기 시험을 날개 베임·머리카락 감김까지 포함한 드론 접촉 평가로 넓힐 수 있는가?
- 행인의 신뢰와 표시의 효과 — 촬영 표시등·얼굴 가림 표시가 실제로 수용성을 높이는가, 아니면 표시가 오히려 감시를 의식하게 만드는가(21.10)?
1차 출처(이 장)
- Hall, E. T., The Hidden Dimension, Doubleday, 1966.
- Duncan, B. A.; Murphy, R. R., "Comfortable approach distance with small Unmanned Aerial Vehicles," IEEE RO-MAN, 2013.
- Cauchard, J. R.; E, J. L.; Zhai, K. Y.; Landay, J. A., "Drone & Me: An Exploration Into Natural Human-Drone Interaction," UbiComp 2015.
- Szafir, D.; Mutlu, B.; Fong, T., "Communication of Intent in Assistive Free Flyers," HRI 2014; "Communicating Directionality in Flying Robots," HRI 2015.
- Abtahi, P.; Zhao, D. Y.; E, J. L.; Landay, J. A., "Drone Near Me: Exploring Touch-Based Human-Drone Interaction," Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies 1(3), 2017.
- Wojciechowska, A.; Frey, J.; Sass, S.; Shafir, R.; Cauchard, J. R., "Collocated Human-Drone Interaction: Methodology and Approach Strategy," HRI 2019.
- Strauss, M.; Mordel, P.; Miguet, V.; Deleforge, A., "DREGON: Dataset and Methods for UAV-Embedded Sound Source Localization," IROS 2018.
- Wang, Y.; Xia, H.; Yao, Y.; Huang, Y., "Flying Eyes and Hidden Controllers: A Qualitative Study of People's Privacy Perceptions of Civilian Drones in The US," Proceedings on Privacy Enhancing Technologies 2016(3).
- Hancock, P. A. et al., "A Meta-Analysis of Factors Affecting Trust in Human-Robot Interaction," Human Factors 53(5), 2011.
- Tezza, D.; Andujar, M., "The State-of-the-Art of Human–Drone Interaction: A Survey," IEEE Access 7, 2019.
- Abioye et al., "Mapping Safe Zones for Co-located Human-UAV Interaction," arXiv:2409.01768, 2024.
- 14 CFR 107.29·107.110·107.120(eCFR), 「개인정보 보호법」 제25조의2(국가법령정보센터).
출처를 찾고 판을 추적하는 방법은 0.9에서 다룬다.
다음 장: 8.28에서는 비행 로봇을 시뮬레이터 안에서 만들고 시험하는 법으로 넘어간다. 강체 동역학과 로터·공력·바람 모형, IMU·카메라·LiDAR 같은 센서 모형, 비행 소프트웨어를 그대로 돌리는 SITL·HITL, 사진실사 시뮬레이터, 그리고 시뮬레이션과 실제 비행의 격차를 재고 줄이는 법을 다룬다. 이 장의 근접 상호작용처럼 사람을 다치게 할 수 있는 시험을 먼저 가상으로 해 보는 일도 그 장의 몫이다.