안녕하세요. 테리킴입니다.
자동차에 관심이 많은 저와 여자 친구는 지나가는 차를 보며, 새로운 차가 나왔는데 자율주행이 된다는 얘기를 했습니다.
저희가 알고 있는 것은 현대자동차의 대형 SUV차인 펠리세이드가 자율주행 기능이 탑재되어 있는 차라고 알고 있습니다.
여자 친구의 팀장님이 펠리세이드를 구매하셔서 몇 번 타봤었는데, 신기하다고 하더라고요. 저는 아직 직접 승차해보진 못하고 유튜브를 통해서 자율주행에 대해서 간접적인 체험을 해봤었습니다. 그래서 오늘은 제가 관심이 있는 자율주행 자동차에 대해서 자세히 알아보겠습니다.
Part 1. 자율주행의 정의
자율주행 자동차(Autonomous car)란 운전자가 직접 차량을 조작하지 않더라도 스스로 움직이는 자동차를 의미합니다.
이전에 자율주행 자동차라 함은 영화에서나 볼 수 있는 자동차였습니다. 예를 들면 2002년도에 개봉한 '마이너리티 리포트'라는 탐 크루즈 주연의 영화가 있습니다. 주인공인 탐 크루즈는 추격자들을 피해 도망가는 장면이 나오는데, 그때 탐 크루즈가 직접 운전하지 않고 자동차가 스스로 운전하는 장면이 등장합니다.
하지만 더 이상 자율주행 자동차는 영화에만 나오는 것이 아니라 현실에도 등장했습니다. 또한 전기차와 같이 미래의 핵심 자동차 기술로 큰 화제가 되었습니다. 현재 자율주행 자동차의 기술 개발을 위해 다양한 기업들이 연구하고 투자하고 있습니다. (자율주행 개발 기업 : 자동차 기업, IT기업, 컴퓨터 부품 기업, 운송 기업 등)
Part 2. 자율주행의 역사
1) 자동이동카트, 1478년 레오나르도 다빈치
자율주행 자동차의 시초는 바로 레오나르도 다빈치가 설계한 자동이동카트입니다. 레오나르도 다빈치는 모나리자를 그린 화가로 유명하지만 과학에도 뛰어난 재능을 갖고 있었습니다. 그래서 헬리콥터 장치를 직접 제작하기도 했었고, 스프링의 탄성을 이용해 카트를 움직이는 데 성공했습니다.
이와 더불어 핸들을 장착해 각도를 미리 정해, 원하는 도로로 갈 수 있도록 설계를 했습니다. 이러한 부분을 볼 때 사람의 직접적인 개입 없이 본인이 원하는 도로 또는 길로 움직일 수 있는 기술의 등장이 현재 자율주행 자동차의 시초라고 할 수 있습니다.
2) RC카 아메리칸 원더, 1925년 프랜시스 후디나
프랜시스 후디나는 전파를 보내 전기 모터로 제어하는 차를 직접 개발했습니다. 앞 차에 수신기를 설치해 뒤에 따라오는 차가 가속하거나 브레이크를 누르거나 핸들을 제어하였습니다. 요즘에는 기술이 발달해 다양한 설계와 로직을 통해 자율주행이 제어되지만, 이 당시 통신으로 모터를 조작해 사람 없이 차를 제어하는 모습을 볼 수 있습니다.
3) 크루즈 컨트롤의 시초, 1945년 랄프 티토
랄프 티토의 직업은 발명가입니다. 랄트 티토는 특허 기술을 개발했는데, 그것은 바로 스로틀(Throttle) 제어입니다. 이 기술로 달리는 자동차의 속도를 일정하게 유지시켜주는 크루즈 컨트롤의 시초가 되었습니다. 이후 자동차 기업인 크라이슬러에서 1958년 최초로 자동차에 접목시키면서 세상에 알려졌습니다.
4) 파이어버드 II 콘셉트, 1956년 GM
GM이 발표한 파이어버드 II 콘셉트는 트랙에 그려진 주행 라인을 일정한 속도로 주행하는 기초적인 수준이었습니다. 하지만 미래의 생길 고속도로에서 사용할 완전 자율 주행 콘셉트인 전자두뇌를 탑재했고, 이 시점을 시작으로 완전 자율 주행 기술을 개발하기 위해 최선을 다하고 있습니다.
5) 시속 30km/h 자율주행 자동차, 1977년 츠쿠바 기계공학 연구실
현재 자율주행 자동차와 가장 비슷한 자율주행 자동차의 형태로 전면에 장착된 카메라 2개가 미리 표시해 둔 흰색을 따라가도록 설계했으며, 이 당시 최고 시속 30km/h로 주행하는 데 성공했습니다.
6) 자율주행 벤 바모스 개발, 1987 메르세데스 벤츠 / 에른스트 딕만스
독일인 교수인 에른스트 딕만스 교수는 도로에 방향유도 장치를 따라 주행하는 자율주행 기술이 아닌 카메라와 센서를 장착해 실시간 이미지 시퀀스 기반 명령으로 스티어링 휠과 스로틀, 브레이크를 제어하는 자율주행 자동차를 연구했습니다. 에른스트 딕만스는 이렇게 개발한 장치를 벤츠의 벤에 장착했고 최고 시속 96km/h까지 주행하는 데 성공했습니다.
7) 고속도로 군집 주행 시연, 1994년 PATH 프로젝트
PATH(Partners for Advanced Transit and Highways) 프로젝트는 미국에서 대규모로 투자해 1986년 출범하였습니다.
이는 교통혼잡을 줄이기 위함이었으며, 도로에 마그네틱을 설치한 후 자동차의 위치를 감지하고 제어하는 것입니다.
1994년 포드(Ford) 차량 4대 및 1997년 진행한 자동차 8대 군집 주행에 성공했습니다.
8) 자율주행 세단 VaMP, VITA-2 개발, 1995년 메르세데스 벤츠 / 에른스트 딕만스
유럽연합은 자율주행 자동차 프로젝트인 '유레카 프로메테우스'에 1조 원 이상을 투자했고, 에른스트 딕만스 교수는 이러한 투자를 바탕으로 자율주행 자동차 연구에 성과를 나타냈다. 벤츠 S-Class를 개조한 VaMP와 VITA-2 모델을 세상에 공개했습니다.
1994년 파리 샤를 드골호 공항 근처 3차선 도로에서 1,000km 주행에 성공했으며, 최고속도는 130km/h였습니다. 1년 후인 1995년에는 독일의 뮌헨부터 덴마크의 코펜하겐까지 약 2,000km를 왕복 주행하는 데 성공했습니다.
9) 다르파 그랜드 챌린지, 2004년
2004년 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)에서는 모하비 사막 240km를 자율주행 자동차로 가장 먼저 완주한 사람(기업)에게 상금 100만 달러를 지급하겠다고 제시했습니다. 이에 도전한 대학과 연구기관, 자동차 회사 등이 모두 실패를 했습니다.
다음 해인 2005년 동일한 미션의 대회가 열렸으며, 작년과 달리 총 5개 대학의 차량이 완주하는 성과를 보여줬습니다.
10) 자율주행 자동차 연구 착수 발표, 2009년 구글
구글은 2009년 처음 자율주행 자동차에 관련된 연구를 시작했습니다. 구글의 미래사업조직인 '구글X'에서 세바스찬 스론을 소장으로 연구를 시작했고, 2016년에는 '웨이모'를 독립 법인으로 설립하여 본격적으로 사업화하기 시작했습니다.
11) 오토파일럿(Auto Pilot), 2015년 테슬라
2015년 10월 테슬라에서 세계 최초로 반자율주행인 '오토파일럿' 기능을 장착한 자동차 모델 S를 출시했습니다. 오토파일럿은 주위 자동차 속도에 맞춰 주행 속도와 차선을 유지하는 '오토 스티어' 기능과 방향 지시등을 켜면 자동으로 차선을 변경해 주는 '오토 레인 체인지' 기능이 포함되어 있습니다.
현재는 전방을 주시하지 않아도 되는 레벨 3의 자율주행 자동차의 상용화를 위한 기술 개발 및 테스트가 전 세계적으로 진행 중입니다. 전문가들은 2025년 ~ 2030년 사이에 자율주행 자동차가 상용될 것으로 예측하고 있습니다.
Part 3. 자율주행 원리 및 기술
■ 자율주행 원리
①인식 → ②판단 → ③제어로 나누어져 진행됩니다.
①인식
자율주행 자동차 원리 중 첫 번째 단계는 바로 인식입니다. 도로주행 시 교통의 상황이나 다양한 환경 등을 분석하고 파악하는 것을 말합니다. 이렇게 인식을 하기 위해서는 총 4가지 핵심 부품이 자동차에 장착되어 있어야 합니다.
(1) GPS : 자동차에 GPS를 장착해 위성과 연결해 차량의 현재 위치와 지형 등의 모든 요소를 파악합니다.
(2) 레이저 스캐너 : 주변 차량이나 방지턱, 장애물 등을 스캔하고 차간 거리나 속도, 각도 등을 측정합니다.
(3) 라이다 : 라이다는 레이져 스캐너와 비슷한 역할을 하지만 빛을 사용한 다는 점이 다른 점입니다. 이는 레이져 스캐너
가 측정할 수 없는 사각지대를 측정 보완하기 위한 것입니다.
(4) 영상센서 : 주행 시 도로의 차선, 보행자 등을 영상으로 판독하는 장치입니다.
②판단
인식 단계는 자동차가 주행 시 안전하게 운전할 수 있도록 다양한 정보를 제공해주는 역할을 할 뿐, 자동차가 직접적으로 움직일 수 있는 단계는 아닙니다. 그렇기 때문에 다음 단게인 판단의 기능이 필요합니다.
인식 단계를 통해 수집된 다양한 정보는 인공지능을 통해 학습하게 됩니다. 누적된 데이터와 기존에 발생한 다양한 사고 사례들을 접목시켜, 그 특징을 파악해 대처 방법을 고안해 내게 됩니다. 이러한 방법을 계속 적으로 반복해 통계 데이터를 바탕으로 자동차가 스스로 안전하게 운전할 수 있도록 판단하게 되는 것입니다.
③제어
인지와 판단을 거쳤다면 이제 마지막 단계인 제어입니다. 다양한 센서와 장치를 통해 인식을 하고 판단을 할 수 있게 된 자동차는 본격적으로 자율주행을 시작하게 됩니다. 이제부터 자율주행 자동차라고 부를 수 있습니다. 자동차가 혼자서 스스로 속도, 조향장치, 길 등을 조절하게 되며 사고를 예방하고 안전 운행이 가능하게 됩니다.
■ 자율주행 기술
자동차가 스스로 움직이기 위해서는 여러 가지 기술이 복합적으로 필요합니다. 그중에서도 주변 사물을 인지할 수 있는 첨단 센서와 이것을 시각화해주는 그래픽 장치가 가장 중요합니다. 첨단 센서는 사물과 사람의 거리를 계산하고 위험 상황을 감지해 사각지대가 없이 모든 방향을 감지할 수 있도록 합니다.
그래픽 장치의 경우 한 대가 아닌 여러 대의 카메라를 설치해 자동차의 주변을 파악하고 시각화해 안전 운정을 할 수 있도록 도와줍니다. 이는 앞 차의 간격을 조정해 사고를 나지 않게 한다거나, 갑자기 사람이나 동물이 차로 접근하는 상황을 인지한다던가, 이정표나 표지판 등을 인식할 수 있도록 합니다.
현재 자율주행 자동차에 대한 기술 개발이 지속적으로 이뤄지도 있는데, 스마트 워치와 연동하는 것도 개발 중이라고 합니다. 스마트 워치를 소지한 운전자가 손목에 차고 있는 스마트 워치를 사용해 자동차를 부르면 자율주행 자동차가 운전자가 있는 곳까지 자동으로 오고, 알아서 문도 열어주는 기술이 개발되는 중이라고 합니다.
멀지 않은 미래에는 자율주행 자동차가 우리의 삶 속에 들어와 있을 것이라고 예측해 볼 수 있습니다. 다만 자율주행 자동차가 상용화가 되기 위해서는 제도와 관련법이 잘 갖추어져 있어야 할 것입니다.
Part 4. 자율주행의 장점과 단점
■ 장점
1) 운전 시 여가 시간이 늘어난다
자율주행 자동차가 본격적으로 상용화가 된다면, 더 이상 운전자는 필요 없게 됩니다. 그렇기 때문에 혼자서 차를 운전하게 되더라도 핸들을 잡고 운전하는 것이 아니라, 그 시간 자유롭게 행동할 수 있게 됩니다. 운전석에 앉아서 신문을 보거나, 핸드폰으로 유튜브를 보거나, 잠을 자거나 등 다양하게 사용할 수 있는 여가 시간이 늘어나게 되는 것입니다.
2) 졸음/음주운전이 사라진다
자율주행 자동차를 타고 다니게 된다면 운전자가 직접 운전을 하지 않기 때문에, 피곤한 상황에는 잠을 잘 수 있습니다. 또한 술을 마시고 차에 타더라고 직접 운전을 하는 것이 아니기 때문에 음주운전이 아닙니다. 또한 교통사교의 대부분이 졸음/음주운전인 경우를 가만한다면 교통사고가 줄어들 것입니다.
3) 교통 체증이 줄어든다
자율주행 자동차는 앞으로 모든 도로 교통 상황에 대한 정보를 바탕으로 운전을 하게 될 것입니다. 그렇기 때문에 목적지 도착까지 다양한 교통 정보를 수신하게 될 것이며, 이에 따라 빠르고 안전한 길을 선택해 나아갈 것으로 예상됩니다.
4) 교통 법규 위반이 줄어든다
자율주행차의 장착된 센서와 컴퓨터가 자동차의 모든 것을 제어합니다. 사람의 경우 순간 잘못된 판단으로 교통 법규를 위반하게 되지만, 컴퓨터의 경우 입력되어 있는 명령에 따라서 움직이기 때문에 교통 법규에 위반하는 행위는 하지 않을 것으로 예상됩니다.
■ 단점
1) 해킹을 당하면 통제가 불가능하다
자율주행차는 모든 것을 컴퓨터 시스템으로 움직이기 때문에 이를 해킹당하게 되면 큰 문제가 됩니다. 운전자가 기존에 세팅해 둔 모든 정보를 무시하고 해킹한 사람의 마음대로 차를 조정할 수 있게 되는 것이죠. 그러면 사고가 발생할 확률이 아마 높아질 것입니다.
2) 사고 시 책임의 범위가 애매모호하다
혹시라도 자율주행 자동차를 타고 가다가 사람을 치거나 상대방을 차량과 접촉 사고가 나게 된다면, 책임의 범위가 애매모호합니다. 현재 자율주행 자동차의 상용화가 어려운 부분 중 가장 큰 비중을 차지하고 있는 부분이 바로 이 부분입니다.
3) 구입 비용이 비싸다
현재 모든 인프라는 자율주행 자동차를 위해 설계되어 있지 않습니다. 그렇기 때문에 자율주행차는 일반 자동차와 정보를 공유할 수 없고, 실시간 교통상황 모두를 공유받을 수 없다는 한계가 있습니다. 세상 모든 사람들이 자율주행 자동차를 이용한다면 모든 교통 체계가 바뀌어 문제가 되지 않겠지만, 아직은 그런 단계까지 못 왔으니 자율주행 자동차를 구입 시 가격이 비쌀 것입니다.
Part 5. 자율주행차의 산업 동향 및 시장 전망
IT 기업과 부품업체들의 역할이 점차 증대되면서 자동차 산업구조도 제조·판매 중심의 수직형에서 서비스 제공 중심의 수평적 구조로 변화할 것이다. 이러한 자동차 산업의 패러다임 변화에 대응하기 위해 완성차 업체는 ICT 업체와의 협업 및 M&A 등을 적극적으로 추진하고, 이를 통해 스마트 자동차를 활용하는 비즈니스 모델 개발에 최선을 다하고 있다.
GM, Ford 등 기존 차량 제조사와 구글(Waymo), Mobileye, Uber 등 비 제조사가 자율주행 분야에서 각축전을 벌이고 있다. 기존의 완성차 제조업체는 자율주행차의 점진적 개발 전략을, Big Tech 기업들은 소프트웨어 기술을 기반으로 한 급진적인 주도권 확보 전략을 구사하면서 협업과 경쟁 관계를 유지하고 있다.
Google(IT업체), GM(차량 제조사)이 자율주행 관련 기술을 선도하는 가운데 글로벌 업체들은 2021년 전후 Level 4 수준의 자율차 개발을 목표로 삼고 있다. 국내에서는 현대자동차가 2019년 미국 Aptiv와 5조 원 규모의 합작회사를 설립하고 2022년까지 Level 4 이상의 자율주행차를 개발, 2024년 상용화를 목표로 하고 있다.
※ Level 4 : 특정지역에서 자율주행 가능하며, 해당 지역에서 무인택시로 운행 가능함
자율주행차 관련 시장규모는 2021년 약 5만 대에서 2040년 약 3,300백만대로 폭발적으로 성장할 것으로 예상되며, 특히 아시아 지역 비중이 높을 것으로 전망된다.
Part 6. 결론
자율주행 자동차는 아직 기술적인 측면, 법적인 측면 등 다양한 방면에서 준비가 덜 되어 있는 모습이라고 생각합니다. 하지만 그리 멀리 있지 않다고 생각합니다. 실제로 완벽한 자율주행은 아니지만 일부 자율주행 기술이 탑재된 자동차가 거리를 활보하고 있으며, 아직까지 큰 문제를 일으키지 않았습니다.
머지않은 미래에는 운전자가 직접 운전하지 않아도 될 날이 올 것으로 예상되며, 저 또한 운전대에서 해방되어 차를 타고 이동하는 시간 저만의 여가 시간을 누리는 날이 하루빨리 왔으면 좋겠다는 생각을 해봅니다.
이상 포스팅을 마치겠습니다. 감사합니다.
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