AeroVelo의 최적화 프로그램이 33년 된 인간 동력 헬리콥터 상을 수상하기 위해 Atlas를 설계하다

2013년 6월 13일, 거대하고 우스꽝스러워 보이는 페달 동력 장치인 Atlas가 공중으로 떠올라 역사를 만들었고, 33년 동안 수많은 설계자들을 좌절시킨 시코르스키 인간 동력 헬리콥터 경연에서 우승했다. 과제는 10미터 정사각형을 벗어나지 않고 최소 1분 동안 3미터 높이에서 호버링하는 것이었다. 수석 구조 엔지니어인 캐머런 로버트슨은 "불과 몇 주 전까지, 헬리콥터에 관한 책을 문자 그대로 쓴 사람들이 이 문제는 너무 어렵다 — 실제로 물리적으로 불가능하다고 말했다"고 했다.

AeroVelo의 우위는 올바른 상자를 선택한 데 있었다. 다른 팀들은 '우리는 캠퍼스에 있으니, 이 항공기를 만들고 시험할 가장 큰 체육관을 찾자'고 생각했고, 체육관의 크기를 설계 제약으로 삼았다. 그 제약은 인위적인 것이었기에 그들은 그것을 제거하고 토론토 근처의 거대한 실내 축구 경기장에서 시험했다. 체육관에서 벗어나자 설계는 순전히 크기에 의존했다. 각각 지름 10미터인 로터 네 개 — 로버트슨은 "Atlas는 다른 모든 인간 동력 헬리콥터를 합친 것만 한 크기"라고 말했다. 그 팀은 '루브 골드버그 기계를 만드는 것을 두려워하지 않았다' — 오직 한 가지, 상을 받기 위해 만들어진 항공기였다.

나머지는 체계적인 모델링이었다. 로버트슨, 수석 공기역학자 토드 라이커트와 팀은 몇 달 동안 '구조, 공기역학, 엔진 열역학, 조종사 생리학, 운동학, 이 모든 다양한 설계 고려 사항'을 디지털로 모델링한 뒤, 완벽한 정확도 대신 '충분히 좋은' 허용 오차 집합으로 가능한 설계들을 반복 계산하도록 최적화 프로그램을 프로그래밍했다. 로버트슨은 "그다음 실행을 누르면 헬리콥터를 설계한다"며 "노트북에서 실행하는 데 5분밖에 걸리지 않는다"고 말했다.

인위적 제약을 제거하라 — 가장 큰 체육관이 아니라 축구 경기장에서 시험하라 — 물리학을 모델링하고, 소프트웨어 최적화 프로그램이 헬리콥터 자체를 설계하게 하라

다른 모든 이가 받아들였던 인위적 제약을 제거했다. 경쟁 설계들을 제한한 것은 물리학이 아니라 시험 장소의 크기였다.

최적화 프로그램은 설계를 직관에서 탐색으로 바꿨다. 5분의 계산이 33년간의 전문가 반복이 이루지 못한 것을 만들어냈다.

팀의 비전문성이 도움이 되었다. 스스로를 비전문가라고 밝힌 이들은 헬리콥터 설계자들이 당연하게 여겼던 가정에 의문을 제기했다.

우승에는 비실용적인 기계를 받아들이는 것이 필요했다. 거대한 로터 네 개는 상을 제외하고는 아무 쓸모가 없다.

'불가능'은 종종 누군가 인위적 제약을 사양에 몰래 집어넣었다는 뜻이다. 진짜 제약을 찾아 모델링하고, 직관이 아니라 체계적인 탐색이 답을 설계하게 하라.

로버트슨은 이 방법이 더 느리게 움직이는 분야에도 전이될 수 있다고 보았다. "우리는 인프라를 재평가하고, 기후 변화를 다루고, 다른 불가능한 문제들을 처리할 50년이 없습니다. 2%의 개선을 얻는 것은 더 이상 올바른 답으로 받아들여질 수 없습니다." 그 팀은 누구나 같은 사고 상태를 체득함으로써 더 나은 문제 해결자가 될 수 있다고 주장했다 — 현상 유지에 의문을 제기하고 인위적 제약을 제거하는 것이다.