아마존 상업 드론 배송의 이면

2013년 12월의 일요일 밤, 아마존 CEO 제프 베조스가 CBS의 ’60분’이라는 방송에서 드론으로 30분 이내에 상품을 배달하는 아마존 프라임 에어를 개발 중이라고 말했을 때 이것이 만우절에나 나올 법한 농담 정도로 생각한 이들이 적지 않았을 것이다.

하지만 제프 베조스는 농담으로 여기지 않았다. 비록 과학 소설처럼 보일지라도 2015년쯤 미 연방 항공국(FAA)의 법률 개정이 이뤄질 것을 예상하고 4~5년 안에 상업용 드론 배송을 할 수 있을 것이라는 가능성을 말했기 때문이다.

그 이전까지 드론 배송은 응급 상황 같은 특수한 환경에서 부분적으로 허용되었지만, 민간 분야의 상업 드론 배송은 중국에서 시험적 시도를 제외하면 미국 규제 당국은 아마존의 제안은 받아들이지 않았다. 제프 베조스의 발언 직후 2020년까지 상업용 드론 배송을 허용할 계획이 없다는 미 연방 항공국의 반응에도 아랑곳하지 않고 아마존은 드론 배송을 위한 시험 비행을 멈추지 않았고, 이제 상업 드론 배송의 시대를 성큼 앞당기고 있다.

 

아마존의 드론들

아마존 프라임 에어가 사람의 통제 없이 지상에서 400피트(122m) 아래의 상공을 비행해 30분 안에 목적지에 도달하기 위해선 수많은 기술적 문제를 해소해야 하지만, 그 중에서도 가장 큰 숙제는 드론에 달려 있다. 즉, 드론의 성능에 따라 운반할 수 있는 물품의 무게와 비행 거리, 비행 시간에 영향을 미치므로 아마존은 프라임 에어를 위한 드론 설계에 골몰해 왔고, 미국과 영국, 이스라엘 등 아마존 R&D 센터에서 12개 유형의 시제품을 만들며 꾸준히 업그레이드 해왔다. 이 가운데 아마존은 지금까지 4가지의 드론을 공개했다.

 

2013 첫 컨셉 발표

아마존이 프라임 에어 브랜드를 내놓기 전 첫 번째 배송 드론이다. 아마존도 첫 배송 드론은 일상에서 볼 수 있는 드론과 비슷했다. 로터 8개를 탑재한 옥토콥터로 하단부에 드론 전용 배송 상자를 잡을 수 있는 자동식 고리가 있고 2.3kg의 제품을 적재할 수 있다. 30분이라는 시간 동안 약 16.1km(10마일)을 비행했다.

2015년 하이브리드 드론

아마존의 새로운 드론은 더 먼거리를 효율적으로 비행할 수 있는 하이브리드 형태로 설계했는데, 하이브리드 드론은 로터 형태의 드론에서 고정익 비행기 유형의 드론으로 변형해 이륙은 수직 로터를 이용하고 비행 이후 꼬리의 프로펠러로 가속한다. 비행 거리는 24.1km로 늘었고, 배송할 물품은 본체 안쪽에 수납하는 형태로 바뀌었다.

2016년 첫 상업용 자율 비행 드론

아마존이 상업용 드론 배송을 선언한 뒤 2016년 12월 7일 영국 캠브릿지에서 실제 소비자의 주문을 받아 13분 비행으로 배송에 성공한 드론이다. 앞서 선보인 하이브리드 드론 대신 4개의 로터로 비행하고 드론 아래에 2.3kg의 물품을 수납해 착륙 지점에 꺼내도록 만들었다. 첫 배송에서 목표 지점까지 완전 자율 비행했다.

2019년 새로운 하이브리드 드론

아마존이 Re:MARS 컨퍼런스에서 공개한 드론으로 기존 로터식 드론과 고정익 드론을 혼합한 새로운 개념의 드론이다. 이 드론은 수직 이착륙에서 일반적인 드론처럼 로터를 수직 형태로 작동하지만 비행 모드로 바뀌면 본체를 수평으로 전환해 고정익 비행기처럼 비행한다. 이 드론은 강풍에서 안정적인 비행이 가능할뿐더러 드론의 시끄러운 소음을 줄이는 데 초점을 맞췄다.

 

왜 2.3kg일까?

사실 드론으로 옮길 수 있는 물품의 무게는 드론의 형태와 성격에 따라 제각각이다. 초대형 구호용 드론처럼 한 번에 많은 양을 옮길 수도 있는 반면, 비행하는 것만으로도 버거운 소형 드론은 물건을 들어올리는 것이 쉽지 않은 것이다. 그런데 아마존은 상업 배송 드론이 배송할 수 있는 패키지의 무게를 약 2.3kg(5파운드)으로 제한하고 있다. 이는 처음 배송 드론을 공개할 때부터 강조한 조건이다.

아마존이 2.3kg 이하로 정한 것은 아마존 구매 데이터에 근거한 결정이다. 아마존은 최근 발표에서 아마존 프라임 고객에게 매일 배송되는 패키지 가운데 2.3kg 이하가 75~90%를 차지한다고 밝혔다. 아마존 프라임 회원에게 제공되는 하루 무료 배송에서 아마존에서 발송하는 소형 패키지의 상당수가 소규모라는 의미다.

문제는 이러한 소규모 상품을 배달하는 비용이 너무 비싸다는 점이다. 연 119달러의 아마존 프라임 가입자에게 하루 안에 일부 제품을 무료로 배달하고 있지만, 프라임에 가입하지 않은 이용자의 경우 당일 배송 9.98달러, 익일 배송 5.99달러의 비용이 청구된다. 이는 아마존은 물론 배송을 위탁 받은 페덱스 같은 협력사의 수익성에도 악영향을 미친다. 실제 페덱스의 아마존 관련 매출은 2018년 총 수익의 1.3% 미만으로 별다른 비중을 차지하지 못했는데, 결국 아마존과 페덱스는 지난 6월 배송 계약을 종료했다.

사진 1. 아크 인베스트가 추정한 16km 이내 아마존 드론 배송과 일반 배송 비용.(이미지 인용 : 아크 인베스트)

아마존이 자체 배송 네트워크를 구축하는 데 집중하는 한편, 일정 부분 드론을 포함한 자율 비행 배송에 초점을 두는 것도 소규모 패키지에 대한 부담을 줄일 수 있어서다. 아마존은 드론을 활용한 프라임 에어 배송으로 이러한 소형 패키지를 배송하는 데 매우 효율적이라 보고 있다. 특히 미국처럼 배송 지역이 넓은 곳에서 대다수를 차지하는 소규모 패키지의 배송만 줄여도 배송 비용을 훨씬 절감할 수 있고 더 많은 상품을 보낼 때도 부담을 줄일 수 있다.

실제로 아마존 드론 배송이 기존 배송으로 지불하는 비용보다 훨씬 낮을 것이라는 주장이 있다. 2015년에 조사한 아크 인베스트[1]는 5.99달러에 이르는 아마존의 익일 배송 비용과 비교해 30분 안에 제품을 배달하는 드론 배송 비용은 1/6 가격인 겨우 1달러로 추정했다. 9.98달러인 당일 배송과 비교하면 이 비용은 더욱 절감되는데, 결과적으로 아마존의 배송에 가장 큰 영향을 미치는 물류의 혁신이 필요한 아마존에게 드론 배송을 포함한 무인 배송은 매우 절실한 과제일 수밖에 없어 보이는 이유다.

 

상업적 드론 배송의 부정적 시각들

지난 몇 년 동안 드론을 활용한 상업용 배송의 가능성을 보여준 덕분에 지금은 많은 이들이 드론 배송에 대한 인식이 나아졌지만, 시작 초기만 하더라도 모든 이들이 아마존에 호의적인 반응은 아니었다. 제프 베조스가 인터뷰했던 당시만 하더라도 드론은 배송뿐 아니라 다양한 위협 가능성에 따른 전방위적인 규제에 놓여 있었다. 드론 조종 면허가 없는 사진 작가가 드론을 이용해 사진을 찍는 것조차 허용하지 않았기 때문에 아마존의 드론 배송은 합법적으로 진행하기 힘든 상황이었다. 당시 미 연방 항공국은 122미터 이하 높이에서 11.3kg 이하의 드론에 대해 조종사의 시야 안에서 조종하는 것을 조건으로 허용하고 있었고, 무인 상업 배송은 고려되지 않았다.

다만 제프 베조스가 2015년에 드론을 이용한 상업 배송의 가능성이 있다고 본 것은 미국 의회가 2015년 9월까지 상업용 무인 드론에 미국 영공을 개방할 것을 요구하는 법안을 2012년에 통과시켰기 때문이다. 이에 따라 그동안 군사적 또는 감시 목적의 드론에 제한적으로 개방했던 미국 영공을 군사, 상업, 민간의 무인 항공기에 확대하기 위한 항공 관제 시스템을 업데이트하는 예산을 편성했던 것이다. 하지만 무인 상업 드론의 운영에서 발생하는 문제와 해결책을 찾기 위해서 미국 주 정부의 신청을 받아 6개 테스트 사이트를 구축해야 했는데 이러한 절차적 과정을 거칠 경우 2015년 제도 시행은 사실상 불가능한 상황이었다.

사진 2. 첫 시험했던 아마존 배송 드론은 가능성 못지 않게 안전 확인 없이 착륙하는 등 문제점을 보여주기도 했다.

상업용 드론 배송에 대한 또 다른 문제는 배송 기술이 아니라 드론 그 자체에 있었다. 일단 상업용 드론 배송에 필요한 기본적인 위치 추적 및 비행 기술은 아마존뿐 아니라 중국에서도 시험 중이었던 터라 큰 문제는 아니었다. 다만 사람이 직접 조종하지 않고 드론 홀로 자율 비행해야 하므로 비행 중 건물이나 나무 같은 장애물을 감지하고 피하는 문제에 대한 최소의 논의나 실험도 없었으므로 이러한 우려는 당연한 것이었다. 때문에 아마존은 지난 몇 년 동안 상업용 드론 배송에서 나타나는 문제점을 찾아 나섰고 이를 기술적으로 해결하는데 집중해 왔다.

 

드론 배송을 위해 아마존이 도입한 체계들

아마존은 10개 넘는 배송용 드론 시제품을 설계한 것으로 알려지고 있다. 하지만 드론 배송을 위한 체계를 바꾸는 것은 여기서 끝난 게 아니다. 고객이 주문하는 즉시 포장된 제품을 관리자의 개입 없이 이용자가 있는 곳까지 무사히 드론을 보내고 돌아오기까지 바꿔야 할 체계와 기술을 연구했는데, 드론 배송의 부정적 인식을 관통하는 안전이라는 키워드를 최우선에 놓았다.

아마존이 2013년에 처음으로 드론 배송 시제품을 공개했을 때 아마존 물류 센터에서 물건을 싣고 떠난 드론은 고객의 집 앞에 착륙해 물건을 내려 놓고 곧바로 떠났다. 비록 GPS에 의한 자율 비행은 성공한 것처럼 보였으나 드론을 위한 제품 포장, 비행 중 안전, 착륙 상황에 대한 인지가 거의 되지 않은 점에 대한 지적이 이어졌다. 특히 배송 드론이 착륙할 때 지형 지물에 대한 안전 확인이 되지 않는 것에 대한 우려도 적지 않았다.

사진 3. 영국에 설립한 아마존 배송 센터는 드론 배송에 최적화된 환경을 갖추고 있다.

아마존이 2016년 영국에서 성공적인 상용 드론의 시험 배송을 발표했을 때 이전과 다른 체계를 선보였다. 먼저 드론 전용 배송 센터를 세워 물건을 적재한 드론이 외부 이착륙장으로 이동해 비행을 시작하고, AI로 학습한 컴퓨터 비전을 통해 상공에서 마주하게 되는 사물을 피하며 비행할 수 있도록 했다. 더불어 자율 비행하는 드론의 위치를 비롯해 이동 경로를 확인하는 관제 체계도 구축했다.

무엇보다 중점을 둔 점은 고객이 물건을 받을 때의 안전이다. 아마존은 안전을 최우선에 두고 배송 방식을 시험해 왔다. 그 결과 착륙할 지점에 다가가면 지면을 탐색해 고객이 설치한 이동식 드론 패드를 찾아서 착륙한 뒤 물건을 내려 놓고 이륙하므로 드론 착륙에서 발생할 수 있는 사고를 막을 수 있도록 조치했다. 물론 드론의 도착 예정 시간 및 제품 배송이 완료된 시간을 고객에게 자동으로 알려 일부러 나와서 기다릴 필요도 없고 배송 즉시 물건을 수령할 수 있도록 준비했다.

물론 모든 드론 배송이 완벽하게 진행되는 것은 아니다. 만약 고객이 물건을 받을 수 있는 곳에 없거나 착륙 지점이 충분치 않거나 사람이나 동물이 착륙을 방해하면 드론은 안전을 이유로 배송을 취소하고 배송 센터로 돌아간다. 아마존이 기존 안전한 기술을 개발하는 것과 별개로 고객이 스스로 기계로부터 안전을 지키는 절차를 지키는 것은 앞으로 바꿔 나가야 할 부분이다.

 

아마존 배송 드론을 완성하는 인공 지능

아마존의 배송 드론은 관리자의 통제를 받지 않는다. 이 말은 주문을 받은 상품을 실은 드론은 관제 시스템을 통해 자동으로 배송지까지 비행한 뒤 돌아온다는 의미다. 자동차에서 길 안내를 해주는 내비게이션처럼 관제 시스템에서 드론의 항로를 설정하면 드론은 목적지까지 알아서 날아간다. 하지만 관제 시스템도 드론 비행 상황에 대응할 수 없기 때문에 비행하는 동안 드론 스스로 다양한 상황을 분석해 대응해야 한다. 각종 장애물을 피하거나 기상 환경에 대응하는 몫은 전적으로 드론에 달려 있으므로 아마존은 드론의 자율 비행 능력을 높이기 위한 개발을 계속해왔다.

아마존이 배송 드론의 자율 비행 능력을 높이는 데 활용한 것은 역시 인공 지능이다. 아마존은 2015년 하이브리드 드론을 공개할 당시에도 컴퓨터 비전에 기반한 자율 비행이 가능한 것을 보여준 바 있다. 마치 자율 주행 자동차처럼 드론 스스로 카메라와 센서를 통해 사물을 인식하고 드론을 조종하도록 학습시킨 것이다.

사진 4. 아마존 배송 드론은 비행 경로에 있는 여러 사물을 인식하도록 학습해 왔다.

이러한 학습이 필요한 이유는 드론이 비행하는 동안에도 수많은 장애물을 만나기 때문이다. 물론 자율 주행 자동차보다 상대적으로 적다고는 하나 드론의 비행 경로에 새떼가 나타날 수도 있고, 공장 굴뚝에 가로 막힐 수도 있으며 헬리콥터나 패러글라이더처럼 갑작스러운 방해물에 영향을 받을 수도 있다. 또한 이착륙 지점에서 발생할 수 있는 문제도 예상해야만 했다.

아마존은 드론의 학습을 위해 다양한 데이터 세트와 하드웨어 시뮬레이션을 진행했다. 아마존의 최신 드론은 이륙과 착륙만 5만 회 이상을 반복하고 수만 번의 하드웨어 시뮬레이션과 수만 개의 실제 데이터로 학습한 결과를 담고 있다. 길 위의 자동차나 사람, 자전거를 알아보도록 학습한 자율 주행 자동차의 컴퓨터 비전처럼 아마존 배송 드론도 똑같은 기계 학습을 통해 지상과 상공의 사물을 인식하며 상업 배송을 위한 준비를 거의 마쳐가고 있는 상황이다.

 

드론 배송의 이면 : 안전과 시간, 탄소 제로 배송

수많은 기업이 상업용 드론 배송을 준비하고 있지만, 아마존의 방향은 단순한 상업성 때문은 아니다. 물론 배송 체계를 바꾸는 것으로 아마존의 이익이 될 수도 있지만, 그렇다고 아마존 만의 이익으로 볼 수 없는 다른 요소가 있다.

아마존이 드론 배송에 대한 야심을 밝힌 직후 드론 배송이 완수해야 할 목표는 언제나 같았다. 30분 이내에 2.3kg 미만의 상품을 고객에게 보내는 것. 이는 최근에 열린 아마존 Re:MARS 이벤트에서도 다시 한번 강조된 부분이다. 물론 드론의 비행 거리는 최대 24km로 첫 발표 때보다 조금 늘었지만, 시간과 배송 무게는 그대로 유지하고 있는 것이다. 일반적으로 시간이 지나면 더 많은 제품과 더 무거운 상품을 더 먼 곳까지 배송하겠다고 목표를 수정할 수도 있으나 아마존은 이를 바꾸지 않았다. 언젠가는 바꿀 수 있지만, 지금은 이를 수정할 상황은 아니다.

왜 그럴까? 일단 아마존은 현재 배송 물품 가운데 가장 많은 비중을 차지하는 2.3kg 미만의 패키지를 드론 배송으로 처리하기 위해 노력하고 있다. 이는 드론 배송이 기존 배송 체계에 비해 확실히 저렴해지는 이익 측면을 무시할 수는 없지만, 아마존이 집중하는 것은 그러한 이익의 실현을 위해 담보되어야 할 것들이었다.

그 중 먼저 안전의 문제가 크다. 이는 드론 배송의 안전과 상품의 안전이라는 두 가지 가치가 동시에 들어 있다. 상업용 배송 드론을 위협적으로 여기는 수많은 사람들에게 결코 위협이 되지 않는 기술적 담보와 안전 장치를 준비하고 알리는 것은 전적으로 아마존이 해야 할 일이다. 따라서 시간이 지나고 기술이 개설될 수록 드론 배송의 목표를 수정하는 것보다 목표를 완벽하게 수행할 수 있도록 안전한 드론 배송을 할 수 있을 때까지 그 목표를 유지할 수밖에 없다.

상품의 안전은 물류의 처리 과정과 시간에 있다. 아마존에서 고객이 주문한 상품은 물류 센터에서 포장된 뒤 여러 배송 센터의 거친 뒤에야 고객에게 배달되고 있다. 이 과정에서 가끔은 배송 지연 및 분실 사고도 발생하고 상품이 파손되는 경우도 발생한다. 배송 상품에 문제가 생기면 고객에게 뜻하지 않은 불행과 손해로 이어지고, 결국 이를 처리하기 위한 비용도 증가하게 된다. 그런데 드론 배송은 물류 사고의 가능성을 현저히 낮출 수 있다. 배송 센터에서 곧바로 30분 이내의 고객에게 직접 배달하는데다, 아주 위급한 상황에서 소량의 상품도 안전하게 보낼 수 있다. 아마존과 고객의 직거래를 가능케 하는 안전한 드론 배송은 단순히 배송 비용만 낮추는 게 아니라 고객이 물건을 사러 오가는 시간을 줄이고, 고객의 불만 처리에 드는 비용까지 줄여준다.

하지만 아마존의 궁극적인 목표는 배송의 탄소 제로 시대다. 실제 짧은 거리의 드론 배송이 탄소 배출 저감에 영향을 미칠 수 있다는 것은 죠슈아 스톨라로프 등 과학자들이 2018년 네이처 저널에 게재한 글[2]에서 주장한 바 있다. 아마존은 2030년 모든 배송 상품의 50%에 대해 탄소 제로 배송을 실현하겠다는 이니셔티브를 내놓았는데, 이를 실현하기 위해서 드론 배송을 핵심으로 지목하고 있다. 전기로 작동하는 수많은 배송 드론이 화석 연료를 쓰면서 이산화탄소를 배출하는 물류 및 배송 트럭의 운행을 줄일 수 있다는 것이다. 어쩌면 수많은 상품을 판매하는 전자상거래 기업과 드론 배송을 추진하는 배송 업체, 그리고 드론 배송 정책에 소극적인 국가들이라면 드론 배송에 기반한 아마존의 탄소 배출 감축 이니셔티브는 참고할 만한 이면이다.

[1] 2015년 12월 1일 아크 인베스트 ‘Amazon Drones Could Deliver a Package in Under Thirty Minutes for One Dollar’ 참조

[2] 네이처 2018년 3월 게재된 ‘Energy use and life cycle greenhouse gas emissions of drones for commercial package delivery’ 참조

덧붙임 #

이 글은 KISA 리포트 Vol.7에 기고한 글로 전체 리포트는 KISA 라이브러리에서 다운로드할 수 있습니다.

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