배송 드론의 운용 방법: 트럭이냐 아니냐 그것이 문제로다

이 글에서 다룰 것

1. 트럭의 도움을 받는 드론 배송

2. 트럭의 도움을 받지 않는 드론 배송

3. 어쩌면 가능할 먼 훗날의 드론 배송

 

앞선 포스팅들은 드론배송에 관심있는 분이시라면 들어들 보신적 있을 거에유. 그렇다면 지금부터 소개할 것들은 못 들어보셨을 거라는거에 제 손모가지 겁니다. 따라란~ 따라란~ 따라란딴 쿵작작 쿵작작. 따라리라라라리릴리. 사쿠라네? 사쿠라여?  현존하는 드론은 제 아무리 잘 날라봐야 30분입니다. 그것마저도 가장 베터리를 효율적으로 쓰는 속도로 비행했을때 최대 값이예요 (베터리에 대해선 다음 포스팅에 좀 더 자세히 설명할게유). 물론 더 크고 더 많은 베터리 많이 달면 다른 결과가 나올수 있지만, 대충 30분 안팍입니다. 어쨌든, 비행시간이 짧다는 것은 그만큼 배송거리에 제약이 크다는 말이에유. 이런 단점을 보완하기 위해 1) 배송지역 안에 드론의 베터리를 교환할 수 있는 거점을 세운다던지 2) 트럭을 활용한다 이런 대안이 있을 수 있겠습니다. 하지만 전자는 비현실적인 느낌이 강해서 학계에서 비중있게 다루고 있지 않습니다. 생각해봐유. 베터리를 교체하려면 드론이 스테이션까지 내려와서 기계던 사람이던 수동으로 교체해야하는데, 가뜩이나 비행소음이 심하게 나는 드론을 위해서 도심 한가운데 거점을 세우자구유? 됐구먼유. 땅값이나 임대료는 또 어떻할거에유? 

드론 배송의 다양한 사례

다시 위에 그림으로 돌아가볼께유. 11시방향 그림에서 부터 시계방향으로 돌아보자구유. 검정 실선은 기존의 트럭의 배송노선(Route, Trip)을 표현한 거고, 그 1시방향의 그림은 드론의 배송거리를 늘리기위해 트럭의 도움을 받는 배송방법(DT), 그 아래는 드론의 베터리 용량과 싣는 무게(Payload)가 획기적으로 늘어날 경우 한 여정(Trip)에 여러 고객을 방문할 수 있는 드론(MD), 마지막 OD는 드론이 한 번에 한 개의 소포만 배송하는 드론을 표현한 거에유. 현재 학계나 산업에서 고려하고 있는 대상은 DT와 OD이구유, 바로 아래 그림이 DT의 예라고 볼 수 있겠습니다.

트럭을 활용한 드론 배송 (UPS)

현재 드론 베터리는 핸드폰에 들어가는 리튬이온 베터리를 사용하고 있어유. 두산모빌리티는 새로운 형태의 드론 베터리를 제작중인데, 업체가 선보인 연료전지 베터리를 사용하면 장시간 비행이 가능하다고 합니다. 최근 실제 사용을 해보았는데, 상용화 된다면 앞서 소개한 MD 드론도 가능하다고 봅니다. 어쨌든 이 베터리는 한 번 충전하면 무게가 4.5kg 까지 된다고하니 드론 역시도 무지하게 무겁고 크네요. 다만 이렇게 배송거리와 싣는 무게에서 개선이 된다면 트럭의 도움을 받는 형태의 드론이 필요없어질테고, 배송에 있어 자동화가 가속화 되겠습니다.

연료전지와 리튬이온베터리의 비행시간 비교 (두산모빌리티)

여기까지가 일반인을 대상으로 작성한 글이었다면, 이제는 약간 전문가들을 위한 글을 추가해보겠습니다. 앞서말한 여러형태의 배송방법 중 특히 DT 드론은 Vehicle Routing Problem이라고 부르는 최적화분야에서 주로 다루고 있는 소재입니다. 세부적으로 1) 한 트럭에 몇 대의 드론을 활용할 것이냐, 2) 드론과 트럭의 비행/운행 속도의 차이로 인해 실제 배송 과정에서 어떻게 착륙 지점의 싱크를 맞출 것이냐 3) 배송에 있어 무엇이 더 비용-효율적일 것인가하는 문제를 전 세계 연구원들이 고민을 하고 있습니다. 그럼 이번 포스팅은 이만 시마이해유~

 

참고

1. 브로셔: 두산 DP 30 파워팩 (연료전지)

2. 논문

DT 드론
- Ferrandez, S, M., Harbison, T., Weber, T., Sturges, R., and Rich, R. 2016. “Optimization of a Truck-drone in Tandem Delivery Network Using K-means and Genetic Algorithm.” J. Ind. Eng. Manag. 9(2).

- Wang, X., Poikonen, S., and Golden, B. 2017. “The vehicle routing problem with drones: several worst-case results.” Optim. Lett. 11(4): 679-697

- Campbell, J, F., Sweeney, D, C., Zhang, J., and Pan, D. 2018. “Strategic design for delivery with linked transportation assets: trucks and drones.” Midwest Transportation Center. 

OD 드론

- Chowdhury, S., Emelogu, A., Marufuzzaman, M., Nurre, S, G., and Bian, L. 2017. “Drones for disaster response and relief operations: A continuous approximation model.” Int. J. Prod. Econ. 188:167-184.

MD 드론

- Ham, A, M. 2018. “Integrated scheduling of m-truck, m-drone, and m-depot constrained by time-window, drop-pickup, and m-visit using constraint programming.” Transp. Res. Part C: Emerging Technol. 91: 1-14.

- Torabbeigi, M, Lim, G., and Kim, S. Drone Delivery Scheduling Optimization Considering Payload-induced Battery Consumption Rates. 2019. Journal of Intelligent & Robotic Systems