02. 자율주행 전기자동차가 몰려온다.
<2035 미래기술 미래사회>
미래의 도로는 무인자동차나 친환경자동차가 점령할지도 모른다. 무운전자동차(driverless car) 또는 자율주행 자동차(self-driving car)는 사람이 앉아 있기만 하면 스스로 최적의 경로를 알아내서 목적지까지 데려다주는 자동차이다.
무인자동차는 미국 국방성(펜타곤)이 전투용 무인병기의 일종으로 무인지상차량(UGVㆍunmanned ground vehicle) 또는 로봇자동차의 개발을 지원한 것이 바탕이 되어 상용화 단계에까지 오게 된 것이다. 펜타곤은 로봇자동차 경주대회를 여러 차례 개최했다. 이 대회의 출전 자격은 사람의 도움을 전혀 받지 않고 스스로 상황을 판단해서 속도와 방향을 결정할 뿐만 아니라 장애물을 피해 갈 줄 아는 무인자동차에만 주어졌다.
2007년 11월 개최된 세 번째 로봇자동차 경주대회는 사람이 거리에서 차를 운전할 때와 거의 똑같은 조건에서 시행되었다. 실제 도로처럼 건물과 가로수 등 장애물이 나타나는데, 무인자동차는 다른 차들과 뒤섞여 교통신호에 따라 주행하면서 제한속도를 지키는 등 교통법규도 준수하고 잠깐 주차장에도 들어가야 했다. 이 대회에서 6대의 무인자동차가 도시를 흉내 내서 만든 96㎞ 구간을 6시간 이내에 완주하는 데 성공했다.
2017년부터 구글이 판매하는 최초의 민수용 무인자동차는 운전대는 물론 가속페달과 브레이크 페달도 없으며 출발 버튼만 누르면 스스로 굴러간다. 무인차의 핵심은 몇 미터의 오차범위 안에서 자동차의 현재 위치를 알려주는 GPS(위성위치확인 시스템) 수신 장치이다. 운전자의 눈 역할은 천장에 달린 레이저 센서가 맡는다. 이 센서는 쉴 새 없이 360도로 회전하면서 레이저를 발사하여 반경 200 이내의 장애물 수백 개를 동시에 감지한다. 운전석 앞자리에 달린 방향 센서는 자동차의 정확한 주행방향과 움직임을 감지한다. 운전자의 두뇌에 해당하는 중앙 컴퓨터가 이러한 센서들이 수집한 정보를 바탕으로 브레이크를 밟을지, 속도를 줄여야 할지, 방향을 바꾸어야 할지 판단을 내린다. 범퍼에 장착된 레이더는 앞에 달리는 차량이나 장애물을 인식하여 속도를 조절하게 하므로 교통사고를 예방할 수 있으며 교통체증도 현저하게 줄어든다.
무운전자동차가 졸음운전, 과속 운전, 음주운전 문제도 해결해주는 긍정적 효과가 기대되지만, 사람이 운전하는 즐거움을 자동차에 양보할 수는 없지 않으냐는 견해도 만만치 않다.
구글 무인차는 2인승으로 최고 속도는 시속 40㎞, 주행 가능 거리는 160㎞, 장애물 감지범위는 200m이다. 현대자동차를 비롯해 메르세데스벤츠ㆍ혼다ㆍ포드ㆍ제너럴모터스 등 세계적 자동차 업체들은 2020~2025년 상용화를 목표로 무인차를 개발하고 있다.
2020년대에는 사람이 손으로 직접 운전하지 않고 생각만으로 조종하는 자동차도 등장하게 된다. 이는 뇌-기계 인터페이스(BMIㆍbrain-machine interface) 기술을 적용한 반(半)자율주행 자동차라고 할 수 있다. BMI는 손을 사용하지 않고 생각만으로 기계장치를 움직이는 기술이다.
2009년 1월 버락 오바마(Barack Obama) 대통령이 취임 직후 일독해야 할 보고서 목록에 포함된 〈2025년 세계적 추세(Global Trends 2025)〉에는 2020년 생각 신호로 조종되는 무인차량이 군사작전에 투입될 것으로 명시되었다. 가령 병사가 타지 않은 무인탱크를 사령부에 앉아서 생각만으로 운전할 수 있다는 것이다. 2020년께 비행기 조종사들이 손 대신 생각만으로 계기를 움직여 비행기를 조종하게 될 것으로 전망하는 전문가들도 한둘이 아니다.
구글의 무인차는 화석연료가 아닌 전기로 가는 자동차이다. 따라서 가솔린(휘발유)엔진(gasoline engine) 대신 배터리와 모터가 들어 있다. 전기자동차(electric car)는 세 단계를 거쳐 발전하고 있다. 첫 번째 단계는 석유와 배터리를 혼용하는 하이브리드카(hybrid car)이다. 두 번째 단계는 전원 연결(플러그-인) 하이브리드카(PHEVㆍplug-in hybrid electric vehicle)이다. 일반가정용 콘센트에 플러그를 꽂아 충전할 수 있는 전기자동차이다. 이 분야의 간판 제품인 제너럴모터스의 셰비볼트(Chevy Volt)는 리튬이온(lithium-ion) 배터리로 65㎞를 주행하고, 그 후 가솔린엔진으로 전환하면 500㎞까지 갈 수 있다. 3단계의 전기자동차는 가솔린엔진을 아예 장착하지 않은 테슬라 로드스터(Tesla Roadster)이다.
테슬라모터스의 반자율주행 자동차 운전석
미국의 전기자동차 전문 업체인 테슬라모터스가 생산하는 리튬이온 배터리 자동차이다. 리튬이온 전지는 리튬 이차전지 중에서 가장 널리 사용된다. 가솔린엔진 없이 오직 전기로만 주행하는 자동차가 도로를 점령하고 나면 새로운 경쟁자로 연료전지자동차(fuel cell car)가 시선을 끌게 될 것이다. 연료전지는 수소를 연료로 사용하여 산소와 반응시키고 이때 발생하는 화학에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치이다.
이 과정에서 연료전지가 배출하는 부산물은 물밖에 없다. 연료전지자동차는 가솔린엔진 없이 수소연료만으로 움직이기 때문에 자동차의 꽁무니에서는 온실효과 기체 대신에 물방울만 뚝뚝 떨어진다. 요컨대 연료전지자동차는 이산화탄소를 배출하지 않으므로 환경오염이나 지구온난화 문제를 일으키지 않는다. 연료전지자동차는 거리의 충전소에서 휘발성과 폭발성이 강한 수소연료를 공급받아야 하므로 안전 문제를 지적하는 전문가도 없지 않다. 그러나 이는 나중에 걱정해도 될 문제가 아닐는지.
상온 초전도체 자동차
땅 위에 뜬 채로 연료도 없이 달리는 자동차, 곧 자기자동차(magnetic car)를 만들 수는 없을까. 21세기 말쯤에 상온(일상적인 온도)에서 작동하는 초전도체(room temperature superconductor)가 개발되면 자기자동차가 실현될 것으로 전망된다.
수은을 절대온도 4K(영하 269도)까지 냉각시키면 모든 전기저항이 사라진다. 이러한 현상을 나타내는 물질을 초전도체라고 한다. 절대온도 0K(영하 273도)에 가까운 극저온에서는 원자들이 거의 움직이지 않기 때문에 초전도체로 만든 전선 속의 전자는 아무런 방해도 받지 않고 자유롭게 이동한다.
초전도 현상을 상온에서 나타내는 물질이 발명된다면 극저온으로 냉각하지 않아도 되기 때문에 놀라운 일들이 예상된다. 우선 상온 초전도체를 사용하면 별도의 에너지를 투입하지 않고도 초강력 자석(초자석, supermagnet)을 만들 수 있으므로 자동차나 기차를 허공에 띄울 수 있다. 상온 초전도체를 이용하는 자동차는 아스팔트 대신에 초전도체로 만든 지면 위를 달리면서 공중에 뜬 채 날아갈 수도 있다.
1984년 영국에서 개발된 최초의 자기부상(마그레프) 열차(magnetic levitating, maglev train) 역시 강력한 자석이 부착된 철로 위에 뜬 채 달릴 수 있다.
