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Oct 14. 2021
자율 주행의 묘미
보고 느끼고 만지고 인지하라!
- 꿈꿔왔던 미래가 다가오고 있다.
만화 사이버 포뮬러아마 지금 나와 같이 30대를 살고 있는 친구들이라면 만화 "사이버 포뮬러"를 모르지 않을 것이다. 아마 나를 포함한 많은 자동차 업계의 일하고 있는 친구들의 어린 시절 꿈이 시작된 만화일 것이다. 실제 필자 주변에도 이 만화를 보고 여기까지 왔다는 친구들이 많이 있다.
이 만화의 명장면을 꼽자면 한두 가지가 아니겠지만 어린 필자에게도 경기 중 차와 대화하며, AI가 스스로 차량을 통제하는 모습은 꿈처럼 느껴졌다. (보통의 남자들의 어린 시절 최고의 친구는 자동차니까!)
20년 전 어디까지나 공상에 불과했던 AI는 현실이 되어가고 있고, 자율주행 역시 우리 세대가 누릴 수 있는 혜택이 되었다. 누구나 현시대를 살아가고 있다면 듣는 "자율주행"이지만 정작 어떤 기술이 들어가고 어떤 이슈가 있는지는 모르는 것 같다. 이에 간단히 자율주행에 대해 써보고 싶다. 매번 얘기하지만 쉽게 쓰고 싶어 공학적이지 않은 비유나 다소 틀린 내용이 있을 수 있으니 비판적인 사고를 갖고 읽어주시면 감사하겠다.
(쓰고 싶고 말하고 싶은 것도 많지만 너무 "자율주행"의 깊이와 범위가 넓어 혹시라도 이 글을 읽을 각 분야 석박연구원님들께 먼저 사죄의 말씀을 올린다.)
우리가 흔히 무인자동차라고 말하는 단어는 좀 애매한 표현이다. 차가 사람 없이 움직일 수 있으나 사람을 태우고 움직이는 경우가 대부분이니 정확히는 스스로 움직일 수 있는 자율주행(Self-Driving/ Autonomous Vehicle)이 조금 더 맞는 표현일 것이다.
- 자율주행 자동차에 쓰이는 기술은?
요즘 어디에서든 들을 수 있는 4차 산업혁명이라는 단어는 주변에 있는 것 같으면서도 막상 느끼기에는 거리감이 있어 보인다. 막상 일상을 사는 우리들에게는 어떤 것이 혁명인지 느껴지지 않는다. 그리고 혹시 이런 분들이 있다면 자동차에 적용되고 있는 음성인식, 자율주행이 그 선두주자라고 말씀드리고 싶다.
각종 센서와 통신기술, 반도체와 차세대 제어기가 통합되어 마치 하나의 유기체처럼 움직이는 것 "차량 자율주행"이다.
자율주행에 필요한 것은 대표적으로 다양한 센서들과 그것을 분석하는 제어기가 필요하다. 두 개를 같이 기술하기에는 내용이 섞일 것 같아 센서류와 반도체/제어기를 분리하여 쉽게 풀어나가 보자 한다.
- 보고 만지고 느끼고 인지하라
사람이 물체를 인지하는 방법은 여러 가지가 있다. 자동차도 자율주행을 위해 다양한 센서를 활용한다. 대표적으로 카메라, 레이다, 라이다, 초음파 센서로 사물의 위치나 형상을 인지한다. 다만 초음파 센서는 주차 경고음 정도로 사용되니 이번에는 카메라, 레이다, 라이다에 대해서만 다루고자 한다. 그리고 정확한 비유는 아니지만 카메라는 눈, 레이다는 육감이나 느낌, 라이다는 촉각 정도로 비유하여 이해하기 쉽도록 얘기해보겠다.
-눈이 되는 카메라 센서 (Camera)
현재 거의 모든 신차에 적용되고 있는 센서이다. 그야말로 전후방, 어라운드 뷰 및 2단계 자율 주행에 필요한 데이터를 받아들이고 처리한다. 유사시 긴급 제동이나 고속도로에서 스스로 움직일 수 있는 것도 카메라 센서 덕분이다. 카메라 센서는 렌즈를 통해 받아들인 화면을 디지털로 변환해 사물의 색깔이나 물체를 인지하는 방식이다. 따라서 빛이 없거나 순간적으로 사라지는 경우, 백화현상이나 어둠 속에서 취약하며 멀리 볼 수 없다는 단점이 있다. 다만 이를 보안하기 위해 초광각, 고성능 카메라를 개발 중에 있으며 분석을 위한 모듈/칩셋 역시 개발 중에 있다. 추후 2편에서 칩에 대한 내용을 이어가겠다.
- 육감과 비슷한 레이더 센서 (RADAR)
전쟁 영화에서 보면 회전형 레이다에서 점형태로 물체가 이동하는 모습을 본 기억이 있을 것이다. 요즘 그런 레이다가 자동차에 탑재되어 있다고 생각하면 조금 쉽게 이해할 것이다. 가끔 우리가 보지 않아도 무엇이 어디에서 다가오는지 느껴질 때가 있을 것이다. 카메라가 보지 못하는 영역, 그 영역을 이 레이다가 보안해주고 있다고 보면 된다. 차량에 장착되어 있는 레이다는 라이오 전파를 트랜스미터가 방사상으로 방사하고 그 전파가 물체에 다시 반사되어 레이다 리시버로 수신되며 리시버에서 수신된 전파의 송수신 시간 및 주파의 차이와 변화를 통해 반사된 물체의 거리, 속도, 위치를 파악한다. 레이다는 전파를 사용하기에 기상이나 원거리, 먼지나 분진에도 감지를 할 수 있으나 정지돼있는 물체를 전파가 투과하여 인지하지 못하거나 비금속류에 대한 반사율이 낮아진다는 약점이 있다. 테슬라가 라이다 없이 카메라와 레이다를 사용해 레벨 2.5 정도를 구현하는데 사고가 나는 이유는 터널 앞에 정지된 물체가 있을 경우 카메라의 백화현상과 인지 부족, 레이더의 전파가 물체를 투과하여 인지하지 못해 그대로 부딪이는 경우가 발생한 것 같다는 추측을 할 수 있다.
- 촉감과도 같은 라이다 센서 (LiDAR:Light Detection And Ranging)
형태를 읽을 수 있는 라이다 센서는 카메라와 레이다의 약점을 보완한다. 라이다는 이미터라는 레이저를 쏘는 곳에서 빛의 한 종류인 레이저를 방사하여 물체에 반사되어 돌아오는 빛 에너지를 분석하여 센서 주변의 정보(3차원 데이터)를 인지한다. 기본적으로 레이다와 원리는 비슷하나 파형이 있는 전파가 아닌 광원을 사용한다는 데에 있어 차이가 있다. 라이다는 속도도 빠르고 원거리 측정에 유리하며 빛을 사용하여 정밀도와 분해능이 매우 좋다. 이러한 이유로 물체를 만지는 것과 같은 형태의 인식이 가능하다. 다만 센서들 중에 매우 비싸며 사이즈가 아직까지는 조금 크다는 단점이 있다. 또한 필자 역시 만약 카메라의 능력이 극대화된다면 라이더의 효용성이 얼마나 될지 모르겠으나, 카메라의 극대화보다 라이다 가격 인하가 더 빨라질 것 같고 안전을 위해 필요하다고 보인다.
(머스크형님도 맹장 드립을 치며 디스하고 있는 라이더 센서지만 스페이스 X에서는 잘 쓰고 있다는 사실)
현재 라이다를 사용하는 차량은 아우디 A8정도가 있으며, 우리나라에서는 22년에 나올 제네시스G90(프로젝트명 RS4)이 2개의 라이다를 전면 좌우에 적용하여 레벨3(고속도로 한정속도 조건에서 스스로 움직임)를 구현하며, 추후 차량에 전후방 4개의 라이다를 장착해 나갈 예정이라고 한다.
벨로다인 라이다