자율주행 상용화: 안전하고 효율적인 미래를 향한 길

김필은 한국항공대학교 인공지능학과 교수

경력

2021.03 ~ 한국항공대학교 교수

2007.08 ~ 2011.06 한국항공우주산업

2020.12 조지아 공과대학교(Georgia Institute of Technology) 토목공학과 박사

2017.12 조지아 공과대학교(Georgia Institute of Technology) 기계공학과 석사

2013.05 콜로라도 볼더 대학교(University of Colorado Boulder) 항공우주공학과 석사

2008.02 인하대학교 기계항공공학과 이학사(B.S).

자율주행 상용화: 안전하고 효율적인 미래를 향한 길 

현재 자동차는 우리에게 어떤 의미가 있습니까? 사람이나 사물을 나르는 것을 기본적인 수행하는 이동 수단으로, 택배나 화물트럭의 역할도 있고 또 어떤 사람은 운전을 즐기며 하나의 레포츠 수단으로의 역할도 지니고 있습니다. 그런데 만약 자율주행 자동차가 우리 일상 속으로 들어온다면 자동차의 역할은 어떻게 변할까요?

자동차는 기존의 역할인 이동 수단, 즉 목적지까지 차량 스스로 움직여 이동시켜 주는 이동 수단이라는 의미에 집 이외의 또 하나의 생활 공간의 역할로 변모할 수 있다고 생각합니다. 즉, 집에서 하던 일을 그대로 할 수 있어 ‘공간의 연속성’을 가질 수 있습니다. 밀린 잠을 잘 수도 있고 넷플릭스를 시청할 수도 있고 간단한 식사도 할 수 있을 것입니다. 나아가 자동차 자체가 정보 소통 기기의 역할도 할 수 있을 것입니다. 친구와 메신저, SNS는 물론 영화도 관람할 수 있겠습니다. 이렇게 운전에 시간을 쓰지 않아도 된다면 자동차의 공간은 운전하는 공간에서 쉬는 공간, 일하는 공간 또는 함께 즐기는 공간으로서 변모하게 될 것입니다. 그런 관점에서 집에서 자동차, 자동차에서 직장이나 학교로 연결되는 ‘공간의 연속성’을 얼마나 유연하게 제공할 것인지 또 연속적으로 제공할 것인지에 대한 개념이 중요하게 될 것으로 보입니다. 

이렇게 자율주행 기술은 자동차 산업뿐만 아니라 미래 교통 판도와 전체 사회에 혁신을 가져올 잠재력을 지닌 기술로 주목받고 있습니다. 인공지능의 발전으로 최근 몇 년 동안 자율주행 기술의 발전은 가속화됐으며, 곧 상용화의 시대를 맞이할 것으로 예상했지만 아직은 실증 수준에 머무르고 있는 것이 사실입니다. 기술 개발의 어려움을 비롯해 인프라 구축 등 다양한 이유가 있겠지만 무엇보다도 자동차 자율주행 기술은 사람의 생명에 직접적인 영향을 끼치는 분야이기 때문에 사람들에게 보수적으로 받아들여지기 때문인 것이 가장 큰 이유이지 않나 생각됩니다. 자율주행 기술의 동향과 상용화를 위한 도전과제는 무엇인지, 이를 해결하기 위해 어떤 전략이 필요할지 살펴보겠습니다.

글로벌 자율주행 기술시장 동향

여러 자동차 제조사와 기술 기업들이 자율주행 자동차의 상용화를 목표로 다양한 시도를 하고 있는데 현재 글로벌 자율주행 기술 시장은 미국이 주도하고 있으며, 중국이 빠르게 뒤쫓고 있습니다. 그중 자율주행 기술을 가장 먼저 개발하기 시작했던 기업은 구글의 자율주행 전문 자회사인 웨이모(Waymo)였습니다. 2009년부터 DARPA 챌린지에 참여했던 인원을 대거 수용하여 라이다와 지도 정보 기반의 자율주행 기술을 통해 고속도로 구간 자율주행은 이미 10여 년 전에 성공한 것으로 알려졌습니다. 그러나 웨이모는 사고 발생을 줄이기 위해서는 반자율주행보다는 제한된 환경에서의 완전 자율주행을 먼저 개발한 뒤 그 환경을 넓혀 나가겠다는 전략을 취했습니다. 그에 따라 웨이모는 2020년부터 애리조나주 피닉스시에서 운전석이 비어 있는 상태로 자율주행 실증 서비스를 시작하여 세계 최초의 완전 무인형 로보 택시 모델을 선보였습니다. 

GM 크루즈를 비롯한 많은 자율주행 업체들이 이와 같은 모델로 자율주행 기술을 고도화하고 있으며, 특히 정해진 노선에서만 운행이 가능한 자율주행 셔틀과 대부분이 고속도로 운행인 자율주행 트럭 분야에서 가장 먼저 자율주행 기술이 상용화될 것으로 예상됩니다. 반면, 테슬라와 기존 자동차 제조업체의 경우 자율주행 보조 기능을 점차 고도화시키는 방법으로 자율주행에 접근하고 있습니다. 이렇게 다양한 업체들이 많은 투자와 노력을 들이고 있지만 금방이라도 자율주행이 가능할 것만 같았던 장밋빛 미래에서 한걸음 물러선 분위기인 것은 모두가 공감하는 사실이며 몇몇 유망했던 자율주행 기업들이 문을 닫게 된 소식만 봐도 알 수가 있습니다.

<출처: 크라이슬러/ GM 크루즈(제공: 한국자동차기자협회)/ 더라인(De Lijn)/ 메르세데스 벤츠 퓨처트럭 2025>

자율주행 상용화의 도전과제

그렇다면 자율주행 상용화에는 어떤 어려움과 과제들이 있고 이를 해결하기 위해서는 어떤 노력이 필요할지 알아보겠습니다. 

먼저 여전히 기술적인 한계가 있습니다. 자율주행 기술은 여전히 완벽하지 않으며, 복잡한 도시 환경이나 악천후 상황에서의 성능을 보장할 수 없습니다. 특히 자율주행 차량의 '눈' 역할을 하는 센서의 한계와 예측할 수 없는 다양한 주행 환경은 기술 개발의 가장 큰 어려움입니다. 카메라, 레이더, 라이다 등의 센서와 이들을 장단점을 보완하는 센서 융합 기술이 발전하고 있지만, 높은 단가, 제한된 패키지 공간, 전력 공급, 외부 환경과 기후 변화에 따른 성능 저하 등을 고려할 때 인간의 인지 능력에 근접한 수준의 성능을 확보하기는 어렵습니다. 

또한, 모든 차량이 자율주행을 한다면 오히려 접근이 쉬울 수도 있지만 자율주행 차량과 사람이 운전하는 차량이 섞여 있는 도로에서는 예측할 수 없는 상황이 발생할 수 있는 요소가 많으므로 이러한 기술적 한계를 극복하기 위해 지속적인 연구와 개발이 필요합니다. 아무리 완전한 자율주행 기술을 개발한다고 하여도 사고가 전혀 나지 않는다고는 아무도 장담할 수 없습니다. 따라서 자율주행 차량의 상용화를 위해서는 명확한 규제와 법률 및 보험 체계가 마련되어야 하며 각국 정부는 자율주행 차량의 안전 기준, 보험 문제, 책임 소재 등을 명확히 규정할 필요가 있습니다. 

또한 자율주행 차량의 인공지능 소프트웨어가 사고 상황에서 어떤 결정을 내려야 하는지에 대한 윤리적 논의도 필요할 것입니다. 예를 들어, 불가피한 사고 상황에서 누구의 생명을 우선시할 것인지와 같이 유명한 트롤리 문제가 제기될 수 있습니다. 마지막으로 여러 어려움을 거쳐서 자율주행이 상용화된다고 해도 많은 사람들이 여전히 자율주행 차량에 대한 불안감을 가지고 있을 것입니다. 이것을 사회적 수용성이라고 하며 이를 해소하기 위해서는 기술의 투명성과 안전성을 강조하며, 대중의 신뢰를 쌓는 노력과 받아들일 수 있는 시간이 필요할 것입니다.

자율주행 상용화를 위한 전략

앞서 말씀드렸듯이 자율주행기술이 상용화되고 대중화가 되기 위해서는 단순히 센서와 자율주행 알고리즘, 인공지능 기술 개발뿐 아니라 통신, 인프라, IT 기술부터 법, 제도, 보험과 같은 사회 인프라까지 모든 부분이 동시에 발전되어야 하지만, 여기서는 기술적인 한계를 극복하기 위한 몇 가지 전략을 살펴보겠습니다.

1. 특수 목적 무인 차량 

<출처: 누로 (Nuro)/ 아마존 유튜브/  파이브 엘리먼츠 로보틱스(Five Elements Robotics)>

자율주행이라고 하면 일반 승용차를 떠올리기 쉽지만, 꼭 도로를 주행하는 차량에 국한할 필요는 없습니다. 청소 차량, 살수차, 견인차 등의 특수 목적 차량의 경우는 도로를 주행하기는 하지만 매우 저속으로 주행하며, 무인 배송 로봇 같은 경우는 아직 상용화 단계는 아니지만 이 또한 저속에 사람이 탑승하지 않습니다. 다른 예로 공항에서 사람이나 화물을 운송하는 차량도 특수 목적 차량이며 대부분의 이와 같은 차량은 저속으로 운행하게 됩니다. 이와 같이 저속으로 운행할 때의 장점으로는 제동거리가 상대적으로 짧기 때문에 자율주행의 눈인 센서에 대한 한계를 고려할 필요가 없습니다. 실제로 100km/h의 속도로 고속 주행하는 차량의 경우 제동거리가 긴 만큼 정밀한 인지 거리가 200m 이상이어야 하지만, 저속 주행의 경우 그보다 훨씬 적은 인지 거리로도 충분한 안전거리를 확보할 수 있기 때문에 현존하는 센서와 인지 기술만으로도 안전에 대한 위험성은 낮다고 할 수 있겠습니다.

2. 도로 인프라 및 V2X 통신 체계 구축

<출처: 서울시, 상암DMC ‘고도자율협력주행 시범지구’ 개념도>

차량에 장착된 센서는 아무리 성능이 좋더라도 차폐가 발생할 수밖에는 없습니다. 예를 들어, 높은 건물들이 있는 교차로에서 건물에 가려진 영역에서의 위험 상황을 인지하는 것은 어렵습니다. 그러나 다른 차량과 V2V 통신, 도로 인프라와 V2I 통신 등으로 차량 센서로는 인지할 수 없는 상황에 대한 정보를 제공받는다면 더욱 안전한 주행을 할 수 있을 것으로 기대할 수 있습니다. 이와 같이 도로 위의 모든 차량이 서로 정보를 공유한다면 서로의 속도와 어떤 주행을 할지 알게 되므로 차량 간의 간격도 가까워질 수 있을 것이고 V2X 통신을 통해 사거리에서 순서를 부여받아 충돌 없이 주행할 수 있을 테니 사거리의 신호등도 필요 없어질 수도 있습니다. 언뜻 보기에는 복잡하고 위험해 보일 수도 있지만 서로 정보가 공유되고 시스템화 된다면 충분히 가능한 시나리오일 것입니다.

3. 스마트시티 및 자율주행 전용 도로 구축

스마트시티는 매우 광범위한 의미로 많은 미래 기술 분야와 인문학적인 요소가 포함되어 있습니다. 한마디로 정의하자면 ‘사람들이 원하는 미래도시＇라고 표현할 수 있을 것 같습니다. 이를 위해 도시의 설계부터 정보통신 및 사물인터넷 기술에 기반하여 건설하기 때문에 자율주행을 위한 3차원 고해상도 지도를 자동으로 업데이트할 수 있는 새로운 개념의 지속 가능한 도시입니다. 앞서 말씀드린 도로 인프라와도 연관되어 도시의 모든 부분과 차량이 정보를 주고받을 수 있고 스마트시티에 자율주행만 가능한 전용도로가 있다면 자율주행 상용화에 많은 도움이 될 수 있을 것입니다.

자율주행 상용화의 기대효과 및 결론

앞서 자율주행은 공간의 연속성 측면에서 생활 방식과 도로 환경을 혁신적으로 변화시킬 잠재력을 가지고 있다고 말씀드렸습니다. 이러한 거시적인 측면 이외에도 자율주행 상용화가 가져올 미시적인 기대효과는 많이 있습니다. 차 사고의 대부분은 사람의 부주의와 실수로 일어나는 것이라고 알려져 있습니다. 따라서 자율주행이 상용화된다면 인적요인에 의한 사고를 줄일 수 있으므로 안전성을 향상할 수 있습니다. 또한 차량 간 통신에 의한 자율주행 차량은 교통 흐름을 최적화해 교통 체증과 혼잡을 줄일 수 있어 교통 효용성도 증대시킵니다. 그에 따라 에너지 효율적인 운행 패턴으로 인한 탄소 배출을 줄일 수 있어 환경 문제 해결에도 이바지할 것입니다. 마지막으로 자율주행 기술은 노약자나 장애인 등 교통 약자에게 새로운 이동 수단을 제공할 수 있어 이들의 이동성을 크게 향상할 수 있습니다. 

비록 아직 해결해야 할 도전 과제들이 존재하지만, 기술 발전과 함께 이러한 문제들은 점차 극복될 것입니다. 자율주행 상용화의 여정은 이제 시작에 불과하며, 10년 후 또 20년 후 자율주행 자동차 안에서 운전 대신 무엇을 하고 있을지 상상해 보시기 바라며 이 글을 마칩니다.