자율주행, 자율주행 자동차

요즘 관심이 가기 시작한 것이 자율주행이다.

미국 자동차업계가 조 바이든 행정부의 친환경 행보에 재빠르게 태세를 전환했다는 이야기들이 나오면서 전기차와 자율주행 자동차가 조금씩 관심을 받기 시작하고 있다.

 

우선 자율주행은 무엇인지 알아보자.

자율주행에는 크게 두가지 방식이 있다. 교통 수단 내에 운행하는 사람이 없고 외부에 있는 서버와 통신하며 서버의 명령에 따라 주행하는 무인운전 방식과, 교통수단 내부에 탑재된 인공지능 컴퓨터가 스스로 판단하여 주행하는 방식으로 나눌 수 있다. 전자는 주로 철도차량에 많이 쓰이는 방식이고, 후자는 자동차에 많이 쓰이는 방식이다. 나중에 자율주행이 본격적으로 시행되면 두가지가 혼합 (예를들어서 스스로 판단하여 주행하되 서버에서 보내는 정보와 명령도 따르는 방식)될 가능성이 높다.

2020년 기준으로 자율주행이 가장 많이 발달한 교통수단은 철도이다. 현재 지하철을 일상적으로 이용하는 사람들의 대다수는 자율주행으로 운행하는 지하철을 이용하고 있을 가능성이 높다. 대한민국 기준으로 서울지하철은 1, 3, 4호선과 일부 국철을 제외한 전노선이 ATO와 CBTC 그리고 LTE-R 기반 자율주행으로 운행 중이며, 최근 지어진 신분당선과 경전철들은 무인 자율주행으로 운행중이다. 또한 인천, 부산, 광주, 대구, 대전지하철 즉, 국철을 제외한 대한민국 광역시의 모든 도시철도 노선은 자율주행으로 운행중이다. 기차는 정해진 선로로만 주행하고, 선로는 도로와는 반대로 폐쇄되어 있어서 다른 돌발 상황이 생길 확률이 적기 때문에 가능한 것이다.

그 다음으로는 속도가 빠른 항공기나 크기가 큰 선박으로 자율주행 개발이 제일 어렵다고 생각할 수 있으나 그 반대다. 오히려 항공기와 선박은 자동운항 이란 이름으로 상당 부분 자동화가 진행되어 있다. 항공기와 선박의 경우, 좁은 공간에 밀집해 다니는 자동차와는 반대로 다른 항공기나 선박과 킬로미터 단위로 떨어진 상태로 다닌다. 또한, 하늘과 바다를 다니기 때문에 방해물이 거의 없으며 정해진 스케줄에 맞춰 운항하기 때문에 충돌사고가 발생할 가능성이 현저하게 낮다. 하지만 항공기의 이착륙/선박의 입출항에서만큼은 근접한 항공기와 선박, 구조물 등을 확인해가며 진입해야하고, 돌발 변수의 발생 가능성도 높기 때문에 여전히 수동으로 진행된다.

자율주행 발전이 가장 느린 교통수단은 자동차이다. 대부분 정속 주행을 하며 자동차만 다니는 고속도로 같은 곳은 이미 자율주행이 기술적으로 완성단계에 가까운 상황이지만 보행자와 자전거, 모터사이클 등 방해물의 침입이 빈번해 돌발상황이 자주 일어나는 일반 도로에서는 온갖 예외사항에 대한 처리가 필요하다. 게다가 철도나 항공기, 선박의 운행 환경에 비해서 도로 환경의 복잡성은 너무 높고, 도로 위에 차량 밀집도도 상당히 높기 때문에 별의별 상황이 다 발생하는지라 인간의 개입이 전혀 필요없는 자동화를 하는 것이 기술적으로 매우 어렵다. 또다른 문제는 자율주행 AI가 발달하기 위해서는 수많은 사고 데이터가 쌓여야 발전하는데 이러한 데이터가 쌓이는 과정에서 발생하는 인간들의 불신뢰감이다. 신약 개발시 임상1~3상이 괜히 몇십년 걸리는게 아니다. 하물어 모든 자동차와 모든 도로 및 셀수도 없이 많은 다양한 실제 에피소드에서 사고가 안날 수준의 데이터를 확보해야 하는 점이 자율주행의 난제로 이 과정에서 발생할 수많은 사망자들을 무시하고 개발해야 하는가? 아니면 베타버전을 시장에 내놓고 사망자 데이터로 학습하는 것을 제로 규제로 풀어줘야 하는가?등의 문제도 남아 있다.

 

그렇다면 자율주행 자동차는 무엇일까?

"자율주행자동차"란 운전자 또는 승객의 조작 없이 자동차 스스로 운행이 가능한 자동차를 말한다.(자동차관리법 제2조 제1호의3)

자율주행의 개념은 1960년대에 벤츠를 중심으로 제안되었고, 1970년대 중후반부터 초보적인 수준의 연구가 시작되었다. 초기에는 아무런 장애 요소가 없는 시험 주행장에서 중앙선이나 차선을 넘지 않는 수준이었으나, 1990년대 들어 컴퓨터의 판단 기술 분야가 크게 발전하면서 장애물이 개입되는 자율주행 분야가 본격적으로 연구되기 시작했다..

한국에서도 1990년대 후반부터 국책 교통연구기관과 고려대학교 연구팀을 중심으로 본격적인 연구에 돌입했으며, 잘 알려져 있지 않지만 2000년대 초반 이미 경기도 고양시와 파주시의 자유로에서의 자율주행 기술을 상당 수준으로 완성하는 데 성공했다. 이 시스템은 교통연구원에서 개발한 것인데, 현재의 자율주행 시스템처럼 임의의 경로로 다닐 수 있는 것이 아니고 자유로 내에서 정해진 진출입로를 오가는 시스템이었다. 이 시스템은 2대의 컴퓨터를 활용하는데, 한 대는 교통 환경에 대한 정보를 수집ㆍ판단해 주행을 통제하고, 다른 한 대는 주행에 대한 정보를 받아 차량의 운동을 통제하는 것이었다.

2010년대에는 딥러닝을 이용한 자율주행 기술 연구가 급진전되어 상용차에 제한적으로 탑재되고 있다.

 

기존 미국 교통부 산하 도로교통 안전국(NHTSA)의 2016년 10월 이전 자동차 자동화레벨 5단계 (0~4단계) 구분에 따르면, 1단계는 특정 기능의 자동화 단계인 선택적 능동제어 단계이다. 현재도 많은 자동차에서 지원하는 차선이탈경보장치나 크루즈 컨트롤 등의 기능이 이 단계에 속한다. 2단계는 테슬라의 오토파일럿처럼 기존의 자율주행 기술들이 통합되어 기능하는 통합적 능동제어 단계로, 운전자들의 시선은 전방을 유지시키지만 운전대와 페달을 이용하지 않아도 된다. 3단계는 차량이 교통신호와 도로 흐름을 인식해 운전자가 독서 등 다른 활동을 할 수 있고 특정 상황에서만 운전자의 개입이 필요한 제한적 자율주행 단계로, 구글의 자율주행차가 이 단계에 속한다. 최고등급인 4단계는 모든 상황에서 운전자의 개입이 필요 없는 완전 자율주행 단계다. 한국에서는 현대자동차의 수소전지차 넥쏘가 서울특별시에서 평창군까지 서울-평창간 고속국도를 자율주행 기능만 이용해 완주하는데 성공했다.

2016년 10월 NHTSA는 미국 자동차 학회(SAE)의 J3016문서에 명시된 자율 수준을 공식적으로 채택하여, 현재는 6단계로 구분하고 있다. (기존: 5단계 → 변경: 6단계)