[특허로 본 유망 기술] 드론(Drone)

드론(Drone)은 비행기나 헬리콥터와 유사한 형태로 제작된 소형 무인 비행체를 말한다. 초기에 군사용으로 제작 및 사용됐으나 최근에는 경찰 수사 등 공공분야부터 항공 촬영, 무인 배송 등 물류 영역까지 그 범위가 확대되고 있다. 또 전세계 드론 시장을 주도하는 곳은 미국기업들이 아니라 DJI를 비롯한 중국 업체들로 전환된 지 오래다. 드론 시장을 둘러싼 글로벌 기업들의 특허활동을 분석해 본다. <편집자>

급성장하는 민간 드론 시장

드론은 고정익 또는 회전익 항공기와 유사한 형태로 제작된 무인 비행체를 지칭하는 것으로, 용어상으로 UAV(Unmanned Aerial Vehicle) 또는 UA(Unmanned Aircraft) 라는 명칭으로  많이 쓰인다. 지난 2013년 66억 달러(약 7조원)에 그쳤던 세계 드론 시장규모는 2022년에는 114억 달러(약 13조원)까지 성장할 것으로 예상된다. 마케팅 조사업체 BI Intelligence는 2015년 5월 발행한 보고서에서 드론산업의 지속적 성장을 전망했다. 초기 드론 시장은 군수산업계가 주도했지만 2015년을 기점으로 민간 분야가 크게 도약할 것으로 내다봤다. 


         글로벌 드론 시장 전망 (출처: 하나금융투자)

실제로 민간 드론 시장은 2015년부터 2020년까지 군사용 분야 성장률(5%)보다 훨씬 높은 연평균 성장(19%)을 할 것으로 예측된다. 현재 전체 드론 시장의 1%(약660억원)에 불과한 상업용 시장의 비중이 조기경보시스템, 긴급 서비스, 뉴스 레포팅, 배달, 사업활동 모니터링, 게임용, 스포츠용, 엔터테이먼트용, 마케팅용 등 미래 활용도가 많아져 오는 2023년에는 7%대(약 9220억원)로 성장할 전망이다. 

일본에서는 공공사업에 드론 등 IT활용 의무화 검토에 착수했으며 미국 연방 정부는 전미과학재단(NFS)을 통해 향후 5년간 3500만 달러를 투자해 드론 연구를 지원한다. 

글로벌 드론 특허 동향 

드론 시장에는 크게 ICT 및 제조 기반 기업과 유통을 중심으로 한 기업들이 포진했다. ICT 기업으로는 상업용 드론으로 급성장하고 있는 중국의 DJI를 비롯해 구글, 소니, 삼성 등이 대표적이다. 페이스북은 자체 프로젝트를 통해 드론 시장 진출을 추진하며, 퀄컴과 인텔은 드론 전문기업과 공동 진출을 모색중이다. 


무인항공기(UAV) 산업 체인 구조(출처:iResearch_2016 China's Drone Industry) 

최근 드론 제조사와 관련 서비스 제공 업체들을 중심으로 무인기 관련 다양한 분야에서 특허 출원 활동이 나타나기 시작했다. 드론과 관련한 미국 특허의 전체 동향을 살펴보면, 2000년 이전에는 특별한 증감 추이 없이 10건 내외의 적은 수 출원이 이뤄지다가, 2000년을 기점으로 두 자릿수 출원이 꾸준히 진행되고 있다. 

중국 DJI의 첫 출원이 등장한 2009년 103건의 특허가 출원된 이후 최근 4년간 평균 64%의 증가율을 보이며 급등 추이가 지속되고 있다. 특히, 2012년에는 ELWHA LLC를 선두로 전년대비 특허 증가율이 91.67%에 육박한다. 여기서 ELWHA LLC의 특허 활동을 주목해볼 필요가 있는데, ELWHA LLC는 미국의 특허관리전문회사(Non-Practicing Entities, NPE)인 INTELLECTUAL VENTURES의 자회사로, NPE의 특허 활동 증가는 관련 기술의 시장 성장성이 보장된다는 의미로 해석될 수 있기 때문이다. 

드론 분야 연도별 미국 특허 출원동향 (출처: IPTargets 보고서 [드론 대해부] 특허기술 트렌드)

또한, DJI, AMAZON, GOOGLE 등 드론 주요 업체들의 본격적인 활동이 시작된 2014년에는 전년대비 97.71% 증가율을 달성했다. 이렇듯 단기간에 폭발적으로 관련 특허가 집중되고 있다는 점과, 미공개 특허가 존재하는 2016년 및 2017년에도 벌써 458건의 특허가 출원된 점을 고려하면, 한동안 이러한 증가세는 지속될 전망이다. 

세계적인 특허 출원 동향을 살펴보면, 2000년대 초반부터 드론 특허 출원량이 서서히 늘었고, 2012년에 특허 출원 활동이 대폭 증가한 것으로 분석된다. 특히 데이터 및 통신/보안과 임무장비, 지상과제 및 통제시스템, 지상지원시스템, 체계종합 분야는 더 높은 증가율을 보인다. 

모든 기술분야에서 미국에 가장 많은 특허가 출원되고 있는 것으로 나타났다. 한국 특허청에 출원된 건수를 기준으로 보면 ①임무장비, ②지상관제 및 통제시스템, ③데이터 및 통신/보안 순이다. 지상지원시스템 분야의 경우, 미국 특허청과 한국 특허청에 출원된 건수의 차이가 417건으로 가장 많은 차이를 보인다. 

특허 질을 간접 평가하는 지표인 ‘인용도’(CPP, Cites for Patent) 비교를 통해 특허 우수성이나 영향력을 분석한 결과, 미국의 피인용도가 4.43로 가장 높은 것으로 나타나고 한국의 피인용도는 2.67로 조사됐다. 미국 출원인이 4개, 독인 출원인이 2개의 기술 분야를 선도하고, 한국 출원인은 체계종합 분야를 선도하고 있는 것으로 나타났다. 또한 한국은 자율비행시스템 분야의 피인용도가 6.00로 가장 높았고 데이터 및 통신/보안 분야의 한국의 피인용도가 가장 낮았다. 


드론 세부 기술 분야별 출원동향 (출처: 특허청, 국가특허전략청사진구축사업)

세계 드론 시장의 강자, 중국 DJI  

중국 무인항공기(UAV) 산업계 구조를 살펴보면, 드론에 대한 연구 개발부터 조립, 판매, 애프터서비스에 이르기까지 거의 전 분야에서 DJI가 활약하고 있다. 또한 DJI는 전세계 드론 시장을 과점하고 있으며, 큰 격차로 Parrot와 3DR을 따돌리는 형세이다. 

특허전문 조사기관인 IP타깃이 발간한 ‘드론 대해부’ 보고서에 따르면 DJI가 보유한 미국 특허는 총 197건(2017.05.25기준) 이며, 그 중 순수 영상처리 기술 및 데이터 처리 기술 등 일부 건을 제외하면 대부분 무인기 관련 특허이다. 미국에서 100건 넘는 드론 특허를 보유한 출원인으로는 중국 DJI가 유일한데, 10건 이상의 특허를 보유한 출원인도 33개에 불과하다는 사실을 고려하면, 단일 업체 특허 출원 건수로는 거의 독보적이다. 

DJI의 연도별 출원 동향을 살펴보면, 2010년 첫 출원 이후 2013년까지는 10건 이내 특허를 간헐적으로 출원했으나 2014년 들어서면서 급증했으며, 2016년에는 66건의 특허를 출원했다. 이 회사는 2013년 이전까지 카메라 짐벌 등 하드웨어 구성에 대한 특허에 집중했으며, 2013년 이후에는 자국인 중국 출원 없이 바로 PCT 출원하고 이후 재차 미국에 출원하는 형태를 보이고 있어 출원 전략을 수정했을 것으로 추정된다. 

DJI는 특허활동이 매우 적극적으로 변하고 있으며, 건수 자체를 늘리는 것과 동시에 기존 출원을 기반으로 지정국에 새롭게 진입하면서, 지역적 측면에서의 법적 보호도 강화하고 있다. 전체적으로 DJI는 입무 탑재체 중 카메라 기술 및 짐벌 등에 역량을 쏟고 있으며, 2016년 들어서면서 순수 이미지 처리 기술 및 데이터 저장 기술 등 무인기와 독립될 수 있는 기술 등에 대해서도 권리화를 진행 중인 것으로 나타나 임무 탑재체(예: DJI 오즈모 시리즈) 등 부가가치가 높은 영역으로 사업 영역을 확대 중인 것으로 분석된다. 

특히 DJI가 2016년 5월에 출원한 ‘여러 대의 UAVs를 관리하는 멀티 모바일 플랫폼’ 특허는 모바일 플랫폼 관리시스템(Mobile Platform Management System) 관련 내용으로 지상 스테이션(Base Station)은 멀티플 모바일 플랫폼(Multiple Mobile Platforms)으로 여러 대의 UAVs들을 수용한다. 지상 스테이션을 통해 UAVs들은 수직 이착륙이 가능하고, 공중에 떠 있을 수도 있으며(hovering), 넓은 필드로 날아가 살충제(pesticides)를 뿌릴 수도 있다. UAVs들은 지상 스테이션의 원격 조종사에 의해 조종되는 매뉴얼 모드나 사전에 프로그램이 입력된 자율비행(Autopilot) 모드로 비행하며 멀티 지상 스테이션으로 구성할 수도 있는데, 이 경우 스테이션끼리 협력하는 방식이다. 

DJI가 출원한 ‘여러 대의 UAVs를 관리하는 멀티 모바일 플랫폼’ 특허 도면

중국 DJI 외에도 유통 기업 가운데 아마존은 드론 활용에 가장 적극적으로 이미 2013년에 드론을 활용한 배송 시스템을 발표하고, 지속적인 기술 개발을 추진하고 있다. 월마트 역시 드론 배송 관련 시험운행을 요청하는 등 드론 배송 서비스를 준비중이다. 

실용적인 로봇으로 진화하는 드론 

드론 역사는 생각보다 오래전부터 발전되어 왔는데 1회용 표적기 또는 무인폭탄의 용도로 쓰이다가 60년대부터 본격적인 기능이 탑재되어 발전되어 왔으며 전자통신기술의 발전으로 급격한 성장세를 이루고 있다. 90년대 이후 위성을 통한 실시간 영상획득과 GPS가 가능해짐에 따라 세계 각지의 분쟁시 미군의 무인기를 통한 작전 및 정찰이 본격화 되었고 2010년대 들어서 민간용 드론이 각 분야로의 이용범위가 확대되는 추세이다.  

특히 “인간이 직접 탑승하지 않고, 무선전파 등의 유도에 의해 비행하는 비행기 및 헬리콥터 형태의 비행체”라는 기존의 틀에서 벗어나 승객을 탑승하고 무인 시스템으로 운행되는 미래지향적 형태로 발전하고 있다. 위급상황이 닥쳤을 때 승객의 안전 보장 기술과 함께 경찰 업무에 활용해 도심 순찰 등 일상 생활에 녹아 든 형태로 지속 발전할 전망이다. 

스마트데이터 + AI + 자율트럭 + 로봇 + 드론을 결합한 물류배송 하이퍼루프 시대가 도래하고 있다. 이 하이퍼루프 시대를 이끌 주인공 중 하나가 아마존이다. 아마존은 지난 20년간 고객의 행동과 경험 등에 관한 수백억 개의 스마트데이터를 구축해왔다. 또 자율트럭과 로봇 및 드론을 투입해 고객이 주문한 아이템을 가장 빠르게 배송할 수 있는 ‘라스트 마일(last mile)’ 서비스 시스템을 갖춘 유일한 기업이다. 

               승객 탑승용 드론 예상도

실제로 아마존은 이미 공공연하게 공중의 드론을 테스트하고 있다. 2016년 12월 7일에 영국 캠브리지에서 최초로 원격조종사 없이 프라임 에어(Prime Air)로 첫째 고객에게 배송을 성공적으로 마친 유일한 기업이다22). 그것도 주문한지 13분 만에 배송을 완료했다. 

무인기 활용 서비스 분야에서 흥미로운 점은 업체별로 드론의 활용 분야가 명확하게 구분된다는 것이다. 실제로 구글은 도난 경보, 구호품 지원과 같은 의료 및 긴급상황에서, Boeing은 화재감지와 같은 소방 분야, 아마존은 택배운송 및 물류창고 내 드론 운영에 관심을 두고 있다. 또 DJI는 관광과 정찰(차량 모니터링) 관련 분야에서, IBM은 배송 및 홍수와 같은 재난 상황에 드론을 활용하기 위한 기술을 확보한 것으로 나타났다.