NX는 르완다 오지에 필수 의료 물품을 무사히 제공하는 드론을 설계하는 데 사용됩니다

언제나, 어디에나 의료 물품 공급

까다로운 지형과 인프라 격차로 혈액과 백신 등 필수 의료 물품을 사용하지 못하는 사람들이 20억명이 넘습니다. 산새가 험한 내륙 국가인 르완다가 바로 그런 '까다로운 지형'에 속하는 국가라고 할 수 있습니다. Zipline International Inc. (Zipline)는 2016년에 세계 최초로 드론 의료 물품 공급 시스템을 시작했으며, 르완다에서는 전국적으로 사용돼 기상 상태에 관계 없이 긴급 의료 물품을 상시 배송합니다.

착수

Zipline은 미국 캘리포니아주 작은 해안 마을에 위치한 하프 문 베이 소재 스타트업입니다. Zipline은 의료 물품 공급 산업을 혁신하는 비즈니스로 빠르게 성장했습니다. 현재 르완다를 대상으로 한 비즈니스로 널리 인정 받았으나, 이 회사의 시작은 Zipline 공동 창립자 겸 제품 및 엔지니어링 책임자인 Keenan Wyrobek이 동 아프리카 연안의 한 연구소를 방문한 것이 계기가 됐습니다.

Wyrobek은 탄자니아 Ifakara Health Institute을 방문하던 중 현지 의료진이 환자 치료에 필요한 물품이 없을 때 문자 메시지를 보내달라고 설득하는 한 현지 연구원에 대해 알게 됐습니다. 이 연구원은 환자 증상과 치료에 필요한 것, 치료 결과로 분류한 수 천 가지 항목의 방대한 데이터베이스를 갖고 있었습니다. 탄자니아 의료진은 미국과 달리 의료 물품을 원활히 조달할 수 없었으며, 혈액 공급 부족으로 환자가 사망하는 일도 발생했다는 점을 파악했습니다. Wyrobek은 상처 치료를 위한 국소 항생제처럼 간단한 물품 조차 쉽게 구할 수 없다는 점도 알게 됐습니다.

Wyrobek은 팔에 상처가 생겼는데 제때 항생제를 투여 받지 못해 감염되고 만 탄자니아 소년의 이야기를 듣고 충격을 받았습니다. 바로 치료 받았으면 순조롭게 나아 별 일 아니었을 텐데, 그러지 못해 감염된 소년의 팔은 끝내 절단해야 했습니다.

이 경험을 통해 의료 물품을 가득 실은 드론을 접근이 어려운 국가로 날려 보내는 개념이 탄생했습니다.

“이는 저희에게 촉매같은 역할을 했습니다. 사람들이 수 십년 간 해결하려고 애썼던 문제, 비포장 도로와 우기 시 배송 문제에 대해 생각해 봤고, 기존의 방식으로는 안된다는 것을 깨달았습니다. 저희는 분명한 해법을 떠올릴 수 있었습니다. 육로로 안되면 날아가면 된다는 것을, 제품을 날려 보내 보건의료 상황에 막대한 영향을 미칠 수 있다는 것입니다” 라고 Wyrobek은 말했습니다.

생명을 살리는 임무

Zipline은 드론을 사용해 육로 이동이 불가한 산지와 씻겨 나간 도로 위를 날아 오지 진료소에 바로 전달해 필수 의료 물품에 대한 접근성을 향상시킵니다. 공급을 중앙에서 관리하고 주문형 배송 방식으로 운영해 폐기물과 재고를 대폭 줄입니다. Zipline은 르완다 서부 절반에 혈액 공급을 담당하고 있으며, 7천 건 이상의 의료 물품 배송을 진행해 혈액이 부족한 병원에 1만 3천 건의 혈액을 공급했습니다.

“르완다 현지에서 유통 센터를 운영하는 담당자들은 드론 기술이나 기상 조건에 대해 일절 생각할 필요가 없습니다. 이들은 그저 의료 물품이 필요한 사람들과 이를 적시에 제공하는 것에만 집중하면 됩니다” 라고 Wyrobek은 말합니다.

“설계 엔지니어링 팀이 할 일은 현장 담당자들을 지원하는 겁니다. 드론을 만들고 지퍼를 만들어 기상 상황이 어떻든 배송을 완료할 수 있어야 합니다. 어떤 상황이 벌어지든 드론은 다 통과하고 배송을 완료해내죠.”

현지 치료소와 병원에서 일하는 의료 관계자들은 Zipline으로 문자 메시지를 보내 필요한 의료 물품을 받습니다. 배송되는 물품은 Zipline 유통 센터에서 모두 보관하며, 가장 민감하거나 희귀한 물품이라도 바로 찾을 수 있습니다. 유통 센터에서 배송용으로 물품을 포장하며, 온도가 제어되는 공급망과 제품 무결성이 유지됩니다. 의료 관계자가 Zipline 측에 문자 메시지를 보내면 몇 분 안에 발주 확인서가 옵니다. 80km의 서비스 반경으로 시속 100km 이상으로 비행하므로 다른 어느 운송 수단보다 빠르게 도착하며, 조종사가 필요하지 않습니다. 의료 물품은 30분 내에 주차 공간 몇 곳이 모인 크기의 지정된 영역에 낙하산을 사용해 부드럽게 착지됩니다. 그러면 병원 관계자는 문자 메시지를 통해 도착 알림을 받습니다.

Zipline, NX를 선택하다

Zipline 초창기에는 비교적 저렴하지만 아주 기본적인 CAD 패키지를 사용했으나 실제로 적용하면서 곧 여러 제약이 있다는 걸 알게 됐습니다. 엔지니어들은 이걸론 대용량 메모리를 처리할 수 없다는 점을 파악했고, 고가의 컴퓨터를 사용해야 했습니다. Zipline은 특정 작업을 자동화하고 엔지니어가 CAD 데이터베이스와 상호작용 할 수 있는 솔루션이 필요했지만, 부가 모듈도 필요했습니다.

Zipline은 Siemens Digital Industries Software의 NX™ 소프트웨어가 드론 설계에 알맞는 이상적인 솔루션임을 알게 됐습니다. Zipline 엔지니어는 NX를 사용해 드론 전체를 CAD 모델에 로딩해 개별 파트가 나머지 부분과 잘 들어 맞는지 확인할 수 있습니다. 예를 들어 어느 엔지니어가 날개 작업을 하고 있는데 이 날개가 드론 본체에 잘 들어 맞는지, 간섭 문제는 없는지 확인해야 하는 경우, 드론 어셈블리에 이를 로딩하는 데 얼마나 오래 걸릴지에 대해 염려할 필요가 없습니다. 기존에 Zipline이 사용하던 CAD 패키지로 작업할 때 엔지니어는 이 작업을 완료하는 데 너무 오랜 시간이 걸려 낙담했었습니다. NX를 사용하면 그럴 필요가 없으며, 여러 엔지니어가 실시간으로 동일한 파트를 작업할 수 있고, 완성되면 그 적합성과 유기성을 바로 확인할 수 있습니다.

Zipline의 기계 엔지니어 Paul Perry는 “저희는 NX를 사용해 드론 전체에 대한 쉘을 만든 후 내외부를 넘나들며 작업해 빠르게 이를 개발할 수 있었습니다. 처음에 엔지니어 3명 팀으로 시작해 9명 팀으로 확장됐습니다. 동시에 많은 사람이 드론 작업을 해야 하는 저희에겐 이는 대단히 중요합니다. NX를 사용하면 웨이브 링크로 매우 강력한 마스터 체계를 실행해 최상위 마스터를 가져오고 여러 서브시스템을 통해 이러한 변경사항을 적용할 수 있습니다" 라고 말합니다.

또한 Zipline은 NX를 사용해 고급 항공우주 재료가 필요한 중요 영역의 위치를 결정하고 이를 플라스틱이나 폼을 사용해 비용과 질량을 낮추면서 구조적 무결성과 기계적 기능은 그대로 구현할 수 있는 다른 영역과 비교할 수 있습니다.

Zipline 드론으로 운반해야 하는 의료 물품 양을 고려하면 중량 테스트가 필수적입니다. 두께 해석이나 응력 해석을 신속히 수행해 무게를 줄이는 기능으로 Zipline은 과다한 반복과 테스트 시간을 줄여 원하는 목표를 이룰 수 있었습니다.

Perry는 “드론 최적화에는 크게 두 가지, 구조와 열이 관건입니다. 질량은 저희가 최적화하는 가장 중요한 단일 변수이며, 구조 최적화는 질량을 줄이면서 강도와 강성은 원하는 수준으로 유지할 수 있게 해줍니다”라고 말합니다.

Zipline 제조 엔지니어인 Sam Chaknova는 드론에 들어가는 컴포넌트를 제작하며, 쉬운 조립을 위해 제조 셀과 픽스처 일부를 설계합니다. 그는 Zipline이 새로운 컴포넌트의 수명 테스트를 가속화하는 데 사용하는 사이클 테스터 구축을 맡고 있습니다.

“저는 NX를 사용해 설계 엔지니어에게서 CAD를 받아 그 주위에 사이클 테스터와 파트를 생성해 픽스처를 제작하며, 드론 조립에 사용하는 실제 제조 픽스처를 만듭니다. 또한 NX로 설계 엔지니어에게서 CAD를 가져와 기술자들이 쉽게 조립할 수 있게 이걸 3D 프린팅 합니다” 라고 말합니다.

NX는 또한 Zipline이 드론에 사용하는 회로 기판 작업에 유용한 툴입니다. Zipline에서 사용하는 소형무인항공기 (UAV)는 배선 하니스를 대체할 뿐만 아니라 모든 필수 항공 기능을 수행해야 하는 복잡한 회로 기판을 필요로 합니다.

드론 설계 및 제작에 여러 전기/기계 엔지니어링이 들어가면서 항공기 균형, 선후 무게 분포와 같은 미묘한 뉘앙스마저 완벽해야 합니다. NX는 이 모든 분야를 한데 모아 Zipline 엔지니어가 반복적인 설계 프로세스를 원활히 탐색하고 누군가 드론 파트를 변경한 경우 이에 대해 즉시 알 수 있게 해줍니다.

디지털화는 Zipline 드론 설계 프로세스에 핵심적 부분입니다. Perry는 고유한 자동 업데이트 기능을 갖춘 NX를 사용해 Zipline 엔지니어는 어떠한 설계 변경이든 빠르게 반복하고 자동으로 업데이트하며 새로운 기능을 추가할 수 있다고 말합니다.

의료 물품 배송으로 구현하는 더 나은 미래

Wyrobek은 Zipline이 항공 산업의 최고 기술과 신뢰성 높은 로봇 공학 기술을 통합해 안정적이며 내결함성을 갖춘 시스템을 개발하고 있다고 말합니다. 이들은 경량 항공기에서 주로 볼 수 있는 내결함성 수준을 UVAV로 가져와 하나의 작동기로 한번에 드론 20~30개를 띄울 수 있게 할 생각입니다. Zipline 테스트의 대부분은 UAV 안전 및 신뢰성을 기반으로 하며, 드론이 어떤 기상 조건에서든 임무를 수행할 수 있게 만듭니다.

Zipline의 드론은 스케일링에 사용되는 제품이므로 처음부터 제조용으로 설계됩니다. 각 드론에는 특정 결함 유형을 감지할 수 있는 인텔리전스가 장착돼 있습니다. 문제가 감지되면 드론은 알아서 유통 센터로 회항합니다. Zipline은 대체 드론을 보내 배송이 제대로 마무리합니다. 드론의 안전성과 안전은 Zipline에게 있어 가장 중요한 요소이며, Zipline의 엔지니어링 및 테스트 노력이 집중되는 부분이기도 합니다.

Chaknova는 “유통 센터에 충분한 대수의 드론을 제공할 수 있으려면 드론을 쉽게 조립할 수 있게 만들어야 합니다. 또한 유지관리 용이성도 중요합니다. 이를 통해 드론을 현장에서 유지관리하면서 운영과 임무를 이어갈 수 있습니다” 라고 말합니다.

Zipline 엔지니어는 캘리포니아에서 프로토타입을 설계하고 제작합니다. UAV가 100% 안정성을 갖춰 사용 준비를 마치면 르완다에 있는 Zipline 유통 센터로 보내집니다. 이곳을 거점으로 드론은 혈액이 필요한 지역에 배송을 하게 됩니다. 캘리포니아의 Zipline 엔지니어는 르완다 현장을 방문해 실제 드론 사용을 지켜보고 본인들의 작업이 미치는 영향과 차이점을 확인했습니다.

Zipline 로봇 엔지니어 Jeremy Schwartz는 “직접 현장에 가서 드론이 이륙하는 모습을 보는 건 놀라운 경험이었습니다. 여기 캘리포니아에서는 그저 실험과 테스트만 합니다. 르완다에서는 실제로 드론이 떠서 혈액이 필요한 사람에게 혈액을 가져다 줍니다. 사람의 생명을 구하는 것이죠. 생각해 보면 정말 놀라운 일입니다.

폐루프를 빠르게 완성하고 직원들의 사기를 돋워 준다는 두 가지 효율성 면에서 이 프로젝트에 참여하면서 결과를 직접적으로 즉각 볼 수 있다는 점이 놀랍습니다” 라고 말합니다.

Zipline은 르완다에서 드론 서비스를 시작한 이래 일일 수 백 건의 스마트 자율 드론을 띄우며, 수 천 건의 배송을 합니다. 회사가 성장과 확장을 이어가면서 이들은 전 세계 어디에 사는 누구든 필요한 의료 물품을 받을 수 있도록 하겠다는 목표를 키워나가고 있습니다.

Wyrobek은 “저희는 경험을 통해 반복하며 현재 시점에서 더 나아가 멋진 목표를 달성할 수 있는 지점까지 확장해 나가고 싶습니다” 라고 말합니다.