반이아빠의 장난감 속 반도체 - 로보카 폴리 2편 - 무선조종 엠버

▲ 로보카 폴리 출동!

사진출처 : EBS (http://goo.gl/rMRajt)

지난 호 폴리 도미노에 이어 이번 호에 소개할 반이의 장난감은 무선조종 엠버입니다. 경찰차 폴리가 브룸스타운 구조대의 리더라면, 엠버는 조용한 조력자라고 할 수 있겠네요. 엠버는 상냥하고 똑똑한 구급차입니다. 그래서 브룸스타운에서 다친 자동차들의 상처를 치료해주기도 하고, 어려운 사건이 생겼을 때 곧잘 실마리를 찾아내곤 한답니다. 폴리와 마찬가지로 로봇에서 구급차로, 구급차에서 로봇으로 변신할 수 있습니다. 폭발적인 순발력이나 강력한 힘은 없지만 지구력이 강해 끈기 있게 사건을 해결하려고 노력합니다.

▲ 변신구급차 엠버

사진출처 : EBS (http://goo.gl/BtXqfc)

무선조종 엠버는 위와 같이 구급차 상태의 엠버와 무선조종기가 한 세트로 구성되어 있습니다. 엠버 구급차는 전원 스위치를 켜고 버튼을 누르면, 머리 리본과 보조개에서 반짝반짝 빛도 나고 사이렌 소리도 난답니다. 그리고 조종기의 우측 파란색 직선 화살표를 누르면 엠버 구급차가 직진 운전을 하고, 좌측 빨간색 회전 화살표를 누르면 후진하면서 우측으로 회전을 합니다. 아래 영상에 링크된 주소에서 엠버 구급차의 작동하는 영상을 확인할 수 있습니다.

▲ 무선조종 엠버의 구성

사진출처 : http://goo.gl/B8Tt43

실제 작동 영상, 로보카폴리 무선조종 시리즈

영상출처 : https://goo.gl/W4Znfe

그런데, 잠깐. 위 영상의 중간쯤에 재미있는 장면이 나오네요.

아래와 같이 두 꼬마 친구가 구조대를 조종하는데, ‘서로 다른 채널로 4대 동시 조종 가능!’이라는 자막이 있습니다. 폴리, 엠버, 로이, 헬리, 네 대가 한꺼번에 제각각 움직일 수 있다는 뜻인 것 같습니다. 그렇다면 이렇게 한꺼번에 제각각 움직이는 것이 원래는 불가능하다는 것일까요?

▲ 4대 동시 조종 가능 장면

이미지출처 : https://goo.gl/nfS7Ah

우선, 무선조종 엠버의 원리를 알아볼 필요가 있습니다. 무선조종을 보통 RC(Radio Control)라고 합니다. 무선의 전자기파를 가지고 멀리서 조종한다는 뜻이지요. 무선조종은 크게 조종기, 수신기, 서보(servo mechanism)로 구성됩니다. 조종기는 엠버에게 직진 혹은 후진이라는 명령을 송신하는 역할을 하므로, 송신기, 트랜스미터(Transmitter)라고도 하며, 수신기는 그 명령을 받는 역할을 하므로 리시버(Receiver)라고도 합니다. 서보는 리시버에서 받은 명령이 직접 구동되는 모터를 의미합니다.

원래 전기는 전선이 없으면 흐를 수 없으나 1초 동안에 약 10,000번 이상 전류의 흐름이 바뀌게 되면, 즉 약 10㎑ 이상의 교류가 되면 전선 없이도 공중을 날아갈 수 있으며, 이것을 전파라고 하며 무선조종을 할 수 있는 매개체가 됩니다. 반면, 위에서 예를 든 10㎑라는 주파수를 임의로 조절하여 전파를 발사시킬 수도 있는데, 이렇게 되면 전파의 혼선을 일으키거나 무선통신에 해를 끼칠 수 있으므로 전파관리법으로 전파사용을 규제하고 있습니다.

아래 사진은 무선조종 엠버 조종기 내부 모습입니다. 조종기의 전진-후진 버튼을 누르면 정해진 주파수의 전파를 송신하는데, 이때 주파수는 구성된 회로와 크리스탈에 의해 정해집니다. 크리스탈은 특정 물질에 힘을 가해 변형을 주면 표면에 전압이 발생하고, 반대로 전압을 걸면 소자가 이동하거나 힘이 발생하는 현상인 압전효과 (Piezoelectricity)를 이용할 수 있는 대표적인 물질입니다. 조종기의 크리스탈에는 27.145㎒라고 표기되어 있으며 이것은 조종기와 수신기 사이의 교신 주파수를 의미합니다.

▲ 무선조종 앰버 내부

만약, 두 대의 수신기가 동일한 주파수로 설정되어 있다면 하나의 송신기에서 명령을 내리게 되더라도 수신기는 각각 명령을 받들어 똑같이 움직이게 됩니다. 로보카 폴리 구조대처럼 작고 귀여운 장난감들이라면 그리 큰 문제가 생기지 않겠지만, 예를 들어 RC 헬기 같은 경우 통제를 잃거나 추락하는 과정에서 프로펠러 등에 큰 사고가 발생할 수도 있을 것입니다. 이와 같은 상황을 방지하기 위해, 아래 표에서처럼 국내 승인 무선 조종 주파수와 같이 허가가 완료된 정해진 주파수를 서로 겹치지 않게 사용하도록 법으로 정해져 있습니다. 또한, 여러 사람이 모이는 무선조종 비행장이나 무선조종 대회 등에서는 주파수 게시판을 운영하여 서로의 주파수가 겹치지 않도록 합니다.

▲ 국내 승인 무선 조종 주파수

무선조종 엠버는 위 표에서 27.145㎒ 주파수를 사용하고 있으니, 폴리, 로이, 헬리는 27.095㎒나 27.195㎒ 등 다른 주파수들을 사용하고 있으므로 동시에 4대가 각각 혼선 없이 조종될 수 있다는 것을 알 수 있습니다. 귀여운 장난감 속에 숨겨진 작은 과학들! 파면 팔수록 알아낼 정보가 참 많지요?

그럼, 또 다음 호에서 만나요!

감수 / 기술연구소 연구1팀 정지영 팀장