국내연구진, 도심에서 드론 무력화 가능한 기술 개발했다
국내연구진, 도심에서 드론 무력화 가능한 기술 개발했다
  • 이웃집과학자
  • 승인 2023.01.31 20:39
  • 조회수 4304
  • 댓글 2
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드론을 납치하는 안티 드론 방식이 개발됐다. 출처: fotolia
드론을 납치하는 안티 드론 방식이 개발됐다. 출처: fotolia

드론은 저렴한 가격과 특유의 기동성으로 소방, 정찰, 국방 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 그리고, 그 범위는 점점 증가하고 있죠. 드론은 기존 무기대기 저렴하고 쉽게 운용 주체를 숨길 수 있다는 점에서 군 뿐만 아니라 범죄 집단이나 테러리스트의 매력적일 수도 있습니다.

 

이런 이유로에서, 각국 정부는 공항과 국가 중요 시설에서 무인 항공기를 이용한 테러를 방지하기 위해 안티드론 시스템을 구축하고 있는데요. 이 시스템의 핵심 기술은 드론의 보안 취약점입니다. 안티드론 기술의 중요성은 우크라이나-러시아 전쟁을 통해 명확하게 드러나고 있습니다.

드론 무력화 기술 분류. 출처 : KAIST
드론 무력화 기술 분류. 출처 : KAIST

KAIST 전기및전자공학부 김용대 교수 연구팀이 도심에서 사용이 가능한 협대역 전자기파를 원격에서 드론의 회로에 주입해 드론을 즉각적으로 무력화하는 안티드론 기술을 개발했습니다. 기존에 사용되는 광대역 전자기파을 이용한 안티드론 기술은 주변의 전자·전기 장치에 피해를 일으켰는데요. 도심사용이 어렵다는 점을 개선하여 매우 좁은 대역의 협대역전자기파를 이용한 안티드론 기술은 목표 드론 기종에만 그 효과를 한정할 수 있게 해줍니다. 

 

김 교수 연구팀은 드론 제조사의 제어 유닛 보드가 전자파 주입에 따른 민감도가 다르다는 것을 발견하였고 각 제조사별 수집된 민감도를 극대화한 주파수를 분석했습니다. 이를 통하여 매우 좁은 대역의 협대역전자파를 주입하더라도 원격에서 드론을 즉각적으로 무력화시킬 수 있음을 입증할 수 있었습니다. 

 

좁은 대역으로 특정 주파수로 전자파 주입을 할 경우 기존의 안티드론 기술과 달리, 주변 전자 장치에 미치는 영향을 최소화할 수 있어, 도심에서도 적용 가능한 안티드론 기술이라고 할 수 있습니다. 뿐만 아니라 같은 제어 유닛 보드를 사용하는 드론들을 이용한 군집 드론 공격 시 이들 드론을 동시에 추락시킬 수 있습니다. 즉, 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 평가됩니다.

 

드론의 구동을 위하여 관성 계측 장치(IMU)는 다양한 센서값들을 제어 유닛 보드에 전달을 합니다. 제어 유닛 보드는 이 센서값들을 제어 알고리즘에 적용하여 다음 번 드론의 움직임, 즉 로터의 회전수나 드론의 자세를 계산하는데요. 이 연구의 핵심 아이디어는 이 관성 계측 장치와 제어 유닛 보드 간의 통신을 방해시키면 제대로된 센서값을 받을 수 없고, 이 경우 다음 번 드론의 제어가 불가능해 진다는 것입니다. 이 통신을 방해하기 위한 기술로 연구팀은 전자파 간섭(EMI) 취약점을 갖는 제어 유닛 보드에 대한 전자파 주입을 선택했습니다. 실험을 통하여 동종의 제어 유닛 보드는 같은 주파수의 전자파에 민감하다는 것을 발견했습니다. 이를 이용하여 협대역의 전자기파를 주입할 경우, 주변 전자 장치에 영향을 끼치지 않을 뿐 아니라, 군집 드론 공격에 효과적으로 대응할 수 있는 점을 알아냈습니다.  

공격 원리 :통신 채널 왜곡은  IMU의 전체 센서 데이터를 심각하게 왜곡하고, 이 데이터는 자세제어 그리고 로터명령의 심각한 발산을 야기하며, 추락 야기. 출처 : KAIST
공격 원리 :통신 채널 왜곡은 IMU의 전체 센서 데이터를 심각하게 왜곡하고, 이 데이터는 자세제어 그리고 로터명령의 심각한 발산을 야기하며, 추락 야기. 출처 : KAIST

한편 김용대 교수 연구팀은 2015년 소리를 관성 계측 장치에 포함된 평형센서인 자이로스코프(Gyroscope) 센서에 주입하여 드론을 떨어뜨릴 수 있는 기술을 개발했었습니다. 2015년 연구와 이번 연구는 깊은 연관성을 가지는데요. 2015년 연구는 달팽이관(정확히는 세반고리관)에 문제가 생길 경우 인간이 평형을 유지하기 힘들다는 것과 유사한 원리라고 할 수 있습니다. 이번 연구는 달팽이관에 문제를 일으키는 것이 아니라 달팽이관에서 뇌로 연결되는 신경망을 잠시 막을 경우에도 인간이 평형을 유지하기 힘든 것과 비슷한 원리입니다.

 

연구팀은 실내 전자파 차폐 시설을 이용해 10m 거리에서 호버링 비행 중인 드론을 즉각적으로 추락시킬 수 있음을 확인했습니다. 공격 거리와 요구 전력 간의 관계를 도출했는데요. 10m 이상의 거리에 대해선 시뮬레이션을 통해 그 가능성을 확인했습니다. 

 

공동 제1 저자인 장준하 연구원은 "드론 제어 유닛 보드의 전자파 간섭(EMI) 취약성을 이용하면 특정 영역의 드론들을 즉시 무력화하는 안티드론 기술로 활용할 수 있음을 보였다ˮ며, "또한 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 것이다ˮ 라고 말했습니다.

 

김용대 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 회로 뿐 아니라 다른 회로의 취약점에 대한 연구도 필요한 시점이다”라고 말했습니다. 

연구 결과는 `NDSS (Network and Distributed System Security)' 심포지움 2023에 채택됐습니다.

논문명 : Paralyzing Drones via EMI Signal Injection on Sensory Communication Channels


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제임스 2023-03-09 23:47:55
각 유닛에 전자파 차폐시켜도 유효한 기술인가? 궁금

김성준 2023-02-15 04:25:56
좋은 기술이네요 드론전쟁을 막기 위한 방법이 되겠어요

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