4차 산업혁명, 자율주행자동차란?
4차 산업혁명, 자율주행자동차란?
  • 이상수 전 호남대 교수
  • 승인 2018.03.28 09:39
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기획연재⑩ 운전자 조작 없이 알아서 주행하는 자동차

지금 우리 앞에 전개되고 있는 4차 산업혁명의 흐름을 되돌릴 수 없다. 이 혁명이 어디를 향해 갈지, 그 과정에서 우리 삶이 어떻게 바뀔지 궁금하다. 그러나 이런 흐름을 남의 일처럼 지켜볼 수만은 없다. 우리는 새로운 기술을 용기 있게 수용함으로써 경제적 번영과 우리들의 행복을 위하여 할 일이 무엇인가를 알 필요가 있다. 이번 기획에서는 4차 산업혁명의 주요 기술들을 중심으로 일반 시민들이 다소나마 쉽게 이해할 수 있도록 소개하고자 한다. 따라서, 구체적인 내용을 알고 싶은 독자께서는 별도의 참고서적을 참고하기 바란다.<편집자 주>

자율주행자동차는 4차 산업 가운데서도 사람들이 가장 흥미를 느끼는 분야이다. 자율주행자동차 기술은 역사상 가장 파괴적인 기술이다. 아울러 무인자동자의 경제학은 매우 매력적이다. 사회가 모든 단계에서 무인자동차 기술을 더 많이 채택되도록 영향력을 행사하며, 그 과정은 매우 자연스럽다. 무인자동차가 거리로 나오면 현재 거두는 세금 수입의 50% 이상을 잃는다. 향후 20~30년 동안 도시는 예측할 수 없는 수많은 위기와 거대한 변화에 대응해야 하는 상황을 맞게 될 것이라는 주장도 있다.

율주행자동차의 개념

자율주행자동차(Autonomous Vehicle)란 운전자의 개입 없이 주변 환경을 인식하고 주행 상황을 판단해 차량을 제어함으로써 스스로 주어진 목적지까지 주행하는 자동차를 말한다. 일반적으로 자율주행자동차와 무인자동차(Unmanned Vehicle, Driverless Car)의 용어가 혼재되어 사용되지만, 자율주행자동차는 운전자 탑승 여부보다는 차량이 완전히 독립적으로 판단하고 주행하는 자율주행 기술에 초점을 맞춘 용어이기에 운전자가 브레이크, 핸들, 가속 페달 등을 제어(조작)하지 않아도 도로의 상황을 파악해 스스로 목적지까지 찾아가는 자동차라고 할 수 있다. 정확하게는 무인자동차(driverless car : 운전자 없이 주행하는 차)와 다른 개념이지만 혼용돼 사용하고 있다.

스마트카, 자율주행자동차, 커넥티드카 등이 유사 용어

미래형 자동차 개발이 활발해지면서 이를 지칭하는 용어들이 혼재돼 사용되고 있다. 미래형 자동차는 스마트카를 시작으로 자율주행차를 거쳐 커넥티드카(Connected Car)로 발전하고 있다. 이 때문에 커넥티드카를 미래형 자동차의 결정체로 보는 시각이 많다. 2016년 자동차 업계에 따르면 현대차는 오는 2025년까지 모든 차량에 커넥티드카 시스템을 적용하기로 했다. 이를 위해 현대차는 커넥티드카의 개발 콘셉트를 '초연결 지능형 자동차'로 명명했다. 이들 용어 간에 개념의 차이는 아래와 같이 구분되고 있다.

첫째, ‘스마트 카’는 자동차와 IT 기술의 융합을 목표로 등장한 자동차를 말한다. 위치확인시스템(GPS)과 지리정보시스템(GIS)을 이용하여 자동차의 현 위치를 파악해 알려주고, 차에 근접 센서를 부착하여 사각지대에 있는 장애물을 알려준다. 이때 충돌 위험을 알려주거나, 위급 상황에서 제동장치를 작동하는 등 운전자의 편의를 돕고 있다.

둘째, ‘자율주행자동차’는 스마트카에서 발전하였다. 자율주행차는 자동차와 주변 사물 간 통신 신호를 이용한다. 다만 커넥티드카와 달리 다루는 범주가 좀 더 협소하다. 자율주행차는 스마트 장비와 통신 시스템을 통해 운전자의 개입을 최소화하는 것을 목표로 한다. 이에 따라 자율주행차는 완전한 커넥티드카로 가기 위한 중간 단계로 인식되고 있다. 딥러닝과 영상처리기술을 기반으로 하여 운전자의 개입 없이 스스로 주행하는 것을 목표로 한다. 자율주행은 탑승자를 운전으로부터 자유롭게 하면서 스마트카의 지향점인 생활 및 업무 공간으로서의 자동차를 구현할 수 있게 해준다. 업계 관계자는 "스마트카의 기능을 기반으로 통신 기술이 접목되면서 자율주행차, 커넥티드카의 개념이 쓰이는 것"이라며 "커넥티드카의 개념이 가장 포괄적이다"고 말했다.

셋째, ‘커넥티드 카’는 ‘모든 것이 연결된 자동차’ 즉 인터넷과 모바일 기기, 운전자 등과 연결된 자동차를 의미한다. 커넥티드카 범주에는 자율주행차와 스마트카가 있다. 시기적으로는 스마트카란 용어가 먼저 쓰였다. 스마트카는 스마트 장비에 초점을 맞춘 용어다. 스마트 기능을 포함한 모든 차량을 지칭한 것으로 보기 때문이다. 결국 자동차에 IT 및 소프트웨어(SW) 등 전장 장비가 확대되면서 스마트카의 개념이 생겨난 셈이다. 예를 들어, 최근 옵션으로 많이 제공되는 어드밴스드 스마트 크루즈가 대표적이다. 이 기술은 앞차와의 거리를 계산해 속도를 자동으로 줄이거나 올린다. 네비게이션과 연동될 경우 속도 제한에 맞춰 갈 수도 있다. 실시간 네비게이션, 원격 차량 제어 및 관리 서비스뿐만 아니라 전자우편, 멀티미디어 스트리밍, 누리소통망서비스까지 제공한다. 향후에는 자율주행과 자동충전, 운전자의 컨디션 파악 등 운전가능 여부를 판단하는 서비스를 추가하는 방향으로 진화될 전망이다.

자율주행자동차에 접목되는 기술

자율주행차를 위해서는 고속도로 주행 지원 시스템(HDA, 자동차 간 거리를 자동으로 유지해 주는 기술)을 비롯해 후측방 경보 시스템(BSD, 후진 중 주변 차량을 감지, 경보를 울리는 기술), 자동 긴급 제동 시스템(AEB, 앞차를 인식하지 못할 시 제동 장치를 가동하는 기술), 차선 이탈 경보 시스템(LDWS), 차선 유지 지원 시스템(LKAS, 방향 지시등 없이 차선을 벗어나는 것을 보완하는 기술), 어드밴스드 스마트 크루즈 컨트롤(ASCC, 설정된 속도로 차 간 거리를 유지하며 정속 주행하는 기술), 혼잡 구간 주행 지원 시스템(TJA) 등이 구현돼야 한다.

한국산업기술평가관리원(원장 성시헌·이하 산기평)은 최근 기술력과 사업 역량을 갖춘 수행기업 선정을 마치고 ‘자율주행자동차 핵심기술개발’ 사업을 2021년까지 총 1455억 원의 사업비를 투입해 자율주행차용 9대 핵심 부품과 시스템을 개발한다.

9대 핵심 부품은 ▲전방 및 측방 영상센서 모듈 ▲77/79㎓ 듀얼밴드 레이더 ▲저가형 라이더 센서 ▲사고 데이터 저장장치(ADR) ▲V2X ▲디지털맵 ▲보급형 복합측위 ▲HVI ▲통합 DCU 등이다. 여기에 자율주행 시스템 개발 및 성능 평가와 자율주행 실증기술 개발도 포함된다.

전방 및 측방 영상센서 모듈은 풀HD 사양 영상인식 소프트웨어를 모듈화하고 품질 신뢰성을 확보한다. 이를 통해 주행차로 및 차간거리 유지, 교통체증 구간 자동운전 지원, 다차로 차선변경 등 5개 응용분야에 적용한다.

77/79㎓ 듀얼밴드 레이더(Rader)는 전방위 물체 거리와 공간정보 제공이 가능한 다기능 센서 핵심부품이다. 기존 근거리 레이더 기술과 멀티모드 레이더 기술을 발전시켜 통합 레이더 기술을 개발한다.

저가형 라이더(Ridar) 센서는 전방 물체 및 구조물에 대한 정확한 거리와 공간 정보를 제공할 수 있는 기술이다. 차량에 장착할 수 있도록 소형화하고 가격을 낮춘 모듈을 개발해 대중화 기반을 마련한다. 라이더는 빛을 이용해 물체를 감지하고 거리를 측정하는 기술(light detection and ranging)을 뜻한다. 이 기술에서 물체 감지와 거리 측정을 하는 수단이 레이저이므로 흔히 레이저 레이더나 3차원 스캐너라고도 한다.

사고데이터 저장장치(ADR)는 하드웨어뿐만 아니라 데이터 보안 기술을 함께 개발해 사고 전후 차량 내부 데이터를 저장해 사고 상황을 재현하는 기술을 확보한다.

자율주행 기술 신뢰성을 높이는 하이브리드 V2X 통신 모듈과 고정밀 디지털맵 기술도 개발한다. 여기서 디지털맵은 ‘컴퓨터가 이해할 수 있는 도로 환경 정보를 데이터베이스 형태로 미리 저장해둔 것’을 말한다. 특히 자율주행용 디지털 지도는 단순 네비게이션 지도보다 더 자세한 정보를 담고 있단 의미에서 ‘정밀지도’, 또는 ‘HD(High Definition)지도’ ‘HAD(Highly Automated Driving)지도’라고도 부른다. 디지털맵 정확도는 30㎝ 이내를 목표로 한다. HVI는 차량제어 상태 모니터링과 원활한 운전 제어권 전환을 위한 전용 기술을 개발한다.

아울러 9대 핵심 부품을 활용해 자동차 전용도로와 도심 도로에서 운전자를 보조해 자동 주행할 수 있는 자율주행 시스템과 성능평가 기술도 개발한다.

자율주행자동차의 레벨

인공지능(AI) 및 센서, 5G의 발달과 맞물려 자율주행자의 수준도 비약적으로 성장하고 있는 가운데 자율주행자동차의 기술 수준도 레벨0~레벨5까지 숫자를 붙여 6단계로 나타내고 있다. 대표적인 방식이 미국자동차공학회 SAE(Society of Automotive Engineers)가 발표한 가이드라인(J3016)이다. 숫자가 높을수록 수준이 높다.

‘레벨0’은 전혀 자율주행기능이 없는 차량을 말한다. 차선이탈 및 전방추돌경고 장치가 장착됐다고 해서 차량 스스로 방향을 바꾸거나 감속을 할 수 없다면 모두 ‘레벨0’에 해당한다.

‘레벨1’부터는 차량 스스로 제어하는 능력이 시작된다. 차량이 충돌이나 차선 이탈 위험을 감지해 스스로 속도를 줄이거나 방향을 바꾼다면 ‘레벨1’에 해당한다. 조향과 속도제어를 동시에 할 수는 없다.

‘레벨2’ 수준은 차량이 ‘레벨1’의 기능을 복합적으로 수행한다. 차량이 스스로 조향하면서 가속 또는 감속을 한다면 ‘레벨2’에 해당한다고 볼 수 있다. 스마트 주차보조, 고속도로 주행보조 등이 탑재된 경우 차량 스스로 조향 및 가속 또는 감속을 하게 되므로 ‘레벨2’에 해당한다.

‘레벨3’부터는 차량이 스스로 운전한다고 말 할 수 있는 수준이 된다. 조향⋅가속⋅감속⋅추월이 가능하며 운전자가 계속 운전대를 잡고 있거나 브레이크 또는 가속페달에 발을 올리지 않아도 된다. 정부가 2022년 상용화 목표로 잡는 것도 ‘레벨3’수준이다. 하지만 ‘레벨3’은 차량이 요청 할 경우 운전자가 즉시 운전에 복귀해야 한다. 또 사고의 책임 역시 운전자가 진다. 일부 차량 제조 업체는 사람이 차량의 요청을 즉시 응하는 것이 불가능하기에 ‘레벨3’의 기술은 의미가 없다고 주장하기도 한다.

‘레벨4’는 운전자가 차량의 운전 개입 요청에 즉시 응하지 못해도, 차량 스스로 안전주행을 하거나 속도를 줄여 안전한 곳에 주차할 수 있는 수준을 말한다. 다수의 완성차 업체들은 2021년 ‘레벨4’ 수준도달을 목표로 개발 중이다. ‘레벨4’ 부터는 사실상 운전석이 필요 없다.

‘레벨5’는 완전자율주행차로, 운전자는 원하는 목적지를 말하고 난 뒤 운전에 전혀 개입하지 않아도 된다. 이 단계에서는 운전자의 제어가 전혀 없어도 되기에 운전석이나 핸들 또는 여러 페달 등도 필요가 없다. 차량 내부 인테리어 역시 비행기 좌석처럼 이용자의 편의성을 극대화하는 방향으로 변할 것으로 보인다.

자율주행자동차의 향후 과제

▲기술적 측면

첫째, 현재 상용화된 부분 자율주행자동차에 장착되어 있는 어드벤스드 스마트 크루즈 컨트롤(ASCC)과 차선유지 지원 시스템(LKAS)이 꾸준히 개선되고 있다. 이에 고속도로 주행 지원 시스템(HDA), 혼잡 구간 주행 지원 시스템(TJA), 자동 긴급 제동(AEB), 자동 주차 시스템(APS) 등 4가지 기술이 추가되어 개발되고 있으며, 이로 인해 자율주행 자동차가 한층 진화할 것으로 예상된다.

둘째는 3D 지도 개발 및 데이터 확보이다. 자율주행 자동차 기술이 성숙기에 접어들면서 ‘전자지도’가 키(Key)로 꼽히고 있다. 자율주행자동차 상용화를 위해서는 전자지도 데이터와 위성항법장치(GPS) 연동이 필수적이기 때문이다.

셋째는 인공지능(AI) 기반 음성인식 기술이 필요하다. 자동차 음성인식 상용화에 앞서 해결해야 할 과제로는 노이즈 환경, 외부환경, 운전자 음성속도, 음성 발화 위치, 마이크로폰 장착 위치 등이 꼽힌다.

▲사회적 측면

첫째, 안전에 대한 낮은 신뢰도와 사고 발생 시 복잡한 처리 과정, 아직 해결되지 않은 자율주행자동차의 한계점 등이 원인으로 꼽힌다. 또한 완전 자율주행자동차의 안전성 문제를 높이기 위해, 도로 등의 인프라 구축 또한 중요한 부분이다.

둘째는 해킹으로 인한 보안, 프라이버시 문제 발생이다. 자율주행자동차는 차량과 도로 인프라를 이어주는 기술인 지능형 교통시스템(ITS)에 연결되어야 하기 때문에 차량의 위치정보가 지속적으로 시스템에 보고되므로 사용자의 정보가 실시간으로 노출된다는 뜻이다. 차량 내 센서 및 컴퓨터로 수집된 집 주소나 주 이동 경로 등의 개인정보가 외부로 유출될 경우, 새로운 형태의 프라이버시 침해 문제가 야기된다.

셋째는 사고발생 시, 누구의 책임인가 문제이다. 사고 발생 시 원인이나 책임을 규명하기 위해선 영상기록 장치에 기록된 데이터 확보와 빠른 확인이 필요하다.

넷째, 자율주행자동차의 윤리적 문제 또한 배제할 수 없는 부분이다. 만약 자율주행자동차가 충돌을 피할 수 없다면, 누구를 보호해야 할 것인가. 자율주행자동차가 긴급한 상황에서 주인과 타인을 선택해야 하는 경우 무엇을 우선순위로 판단하게끔 프로그램 할지는 논란이 될 여지가 있다.

자율주행자동차가 산업계에 미치는 영향과 비즈니스 기회

첫째, 자동차 전장부품(반도체) 산업의 성장이다. 자율주행자동차의 성장과 함께 늘어나는 다양한 전자장비에 대한 필요성은 전통적인 반도체, 디스플레이 산업구조에 포함된 소재 부품 업체들에게도 큰 기회를 제공할 수 있다. 특히, 자동차에서 사용되는 전장부품들은 높은 신뢰도를 필요로 하는 극한 환경 및 무오류성, 긴수명 등이 요구되므로, 해당 기업들의 경우 보다 용이한 진입이 가능할 것으로 예상된다.

둘째는, 운송·물류 산업의 혁신이다. 공유되는 차량 1대는 개인 소유 차량 약 13대를 대체가능하여, 교통 체증 및 주차 공간 부족 문제를 완화시키는 기능을 한다. 전문가들은 본격적인 차량공유가 확장된다면 자동차 산업이 일종의 ‘모빌리티(이동) 플랫폼 서비스’로 거듭날 것이라고 전망하고 있다. 또한 현재 육상 물류는 운전자에 대한 안전규제로 보통 하루의 절반 이하로밖에 운행하지 못하지만, 자율주행자동차가 도입되면 24시간 배송이 가능하여 현재 인프라 안에서 처리할 수 있는 물류량이 2배 이상 늘어나는 효과가 발생할 것으로 전망된다. 카쉐어링과 자율주행의 결합은 차세대 자동차 시장의 메인 트렌드가 될 것으로 보인다.

셋쩨는, 개인에서 기업으로, 자동차 보험의 변화이다. 자율주행자동차의 확산은 자동차 보험 업계의 존폐가 달린 문제다. 자동차 보험 시장 내 ‘주행 중 사고는 운전자 책임’이라는 기본 전제가 깨지기 때문이다. 보험업계 측에서는 운전자가 아닌 자율주행 자동차 제조업체가 배상 책임을 지게 될 가능성이 크다고 보아, 자동차 보험보다는 제조물배상책임보험을 통해 교통사고 관련 배상문제를 해결할 수 있을 것이다. 따라서 개인 운전자 대신 차량 제조사가 보험에 가입하는 주체가 되면서 보험업계의 판도가 뒤바뀔 것으로 예측된다.

자율주행자동차의 미래

스스로 움직이면서도 안전한 운행을 가능케 하는 ‘똑똑한’ 자동차는 첨단 과학기술의 발전과 이른바 ‘빅데이터’를 처리하는 컴퓨터 사이언스의 진보로 이미 우리 눈앞에 현실이 됐다. 구글은 최근 핸들 없는 무인차를 선보이면서 “아이러니하게도 사람이 운전할 수 없는 새로운 개념의 무인자동차가 될 것이며, 사람이 볼 수 없는 사각지대까지 살필 수 있는 센서까지 탑재해 도심에서도 유용하게 만들 것”이라고 밝혔다. 교통 체증에서 벗어나 자동차에 탑승한 채로 책을 보거나 업무를 볼 수 있는 시대가 다가오고 있다는 말이다.

그렇지만 자율주행차량은 아직 눈길이나 안개가 낀 길에선 효율적이지 않으며, 일상적인 운전의 상식과 사회적 의미를 가지고 주행하는 수준은 아니다. 예를 들어, 교차로 일단 정지 지역에서 사람들의 고개 끄덕임이나 손짓의 의미를 읽고, 그 맥락을 이해하지는 못한다. 보행자의 세밀한 눈빛이나 걸음걸이의 모습에서 알아차릴 수 있는 다양한 맥락이 자율주행자동차의 판단과 결정에 사용되지는 못하고 있다. 컨슈머리포트의 자동차 시험국장 제이크 피셔도 “자율주행자동차 시스템의 성능이 실제론 사람들 생각보다 많이 떨어진다”며 “자율주행자동차의 가장 어려운 점은 인간을 대하는 것인데, 인간은 예축 불가능한 면이 있다”고 지적했다. 그런 우려에도 불구하고 자율주행차의 안정성을 높이려는 노력은 계속되고 있다.

우리나라에서는 2016년 2월 12일 자동차관리법 개정안이 시행되면서 자율주행차의 실제 도로주행이 가능해졌다. 현대자동차의 제네시스는 실제 도로주행을 허가받은 제1호차로 국토교통부가 지정한 고속도로 1곳과 수도권 5곳 등을 시험운행 중이다.

자율주행 기술은 인공지능 기술의 비약적인 발전으로 인해 빠른 속도로 발전하고 있다. 자동차 및 IT업계가 경쟁적으로 개발 중인 자율주행 시스템은 현재 이미 5단계 기술을 향해 가고 있으며, 2035년 무렵에는 5단계 자율주행 차량의 대중적 보급이 이루어질 것으로 전망된다.

자율주행차는 단순히 운전하는 방식이 바뀌는 것만이 아니라 휘발유 산업의 축소 및 자동차 산업의 몰락, 주차장이 없어지고 출퇴근의 변화에 따른 부동산 시장의 수요 변화, 자동차 관련 금융 및 보험과 서비스 산업들의 변화를 포함하는 경제구조의 변화를 예고하고 있다. 특히, 자동차산업의 경우는 고민에 빠질 수밖에 없는 상황이다. 리싱크엑스(ReThinkX: 시장조사기관)는 미국의 경우 자율주행차가 보급되어 2030년이 되면 일반자동차가 무려 82%나 줄어들 것으로 발표하였다. 기존 자동차 대수의 20% 정도면 현재의 자동차운행수요를 충족시킬 수 있다고 본다. 자동차 수요가 82% 줄어든다는 이야기는 자동차 제조사들의 몰락을 뜻한다. 대중적 완성차 업체의 최소 80%가 시장에서 사라질 것이며, 한두 자율주행자 제조업체와 하이앤드를 지향하는 최고급 자동차를 제조하는 몇몇 회사만 남아 명맥을 유지할 수 있을 것으로 예측된다.

그렇다고 자동차산업계가 너무 실망할 필요는 없을 것이다. 일부 전문가들은 ‘레벨5’의 수준에 이르는 자율주행자동차 기술이 어느 수준에 도달하기까지는 상당한 기간이 걸릴 것으로 보며, 자율자동차 보급이 5%미만이 될 것이라는 주장도 있기 때문에 성급하게 실망할 필요는 없을 것으로 보인다.

<참고자료>

김석기・김승엽・정도희 지음(2017), 『IT트렌드 스페셜리포트』. 서울:한빛미디어.

나라경제 편집실(2018). 『지금은 4차 산업혁명 시대』. 서울:KDI경제정보센터.

명순구 외6인 지음(2017), 『인공지능과 자율주행자동차, 그리고 법』. 서울:세창출판사.

미래전략정책연구원 지음(2016). 『10년후 4차 산업혁명의 미래』. 서울:일상이상.

박영숙⋅제롬글렌 지음(2017). 『일자리혁명 2030』. 서울:비즈니스북스.

http://namu.wiki/

http://humandrama.tistory.com/1667

http://smartcontentcenter.tistory.com/297ㅋ

https://www.youtube.com/watch?v=QnyJIreEa6g

https://www.youtube.com/watch?v=2nSpQxpBcbY

https://www.youtube.com/watch?v=ulAJOrkDO_I

https://www.youtube.com/watch?v=gLJwWT_IIfo

다음 호에는 스마트시티에 대해서 소개한다.



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