자율주행 자동차

자율 주행 자동차(autonomous driving car)란 운전자의 조작이 없이도 인공지능(AI) 기반으로 자율 주행이 가능한 자동차를 말한다. 자율 주행 자동차는 운전자의 조작 없이 카메라와 센서, GPS 정보 등을 이용하여 인공지능 기반으로 스스로 주위 환경을 인식하고 목적지를 향해 운전할 수 있다. 자율주행차(self-driving car), 무인자동차(driverless car), 스마트 카(smart car), 커넥티드 카(connected car), 로봇 자동차(robot car) 등 다양한 이름으로 불리고 있다. 4차 산업혁명의 핵심 키워드 중 하나이다.

종류

자율 주행 자동차의 이름을 살펴보면 어떤 기술이 융합되었는지 파악하는 것이 가능하다. 자율 주행 자동차와 무인 자동차는 운전자가 필요하지 않고 자동차 스스로 주행할 수 있는 자동차를 의미한다. 하지만 스마트카와는 다르게 외부의 조작자가 존재한다. 스마트카는 자동차 내부의 위치정보제공시스템(GPS), 장애물 및 충돌감지 시스템 등의 첨단기술로 자동차 운행의 효율성을 높이고 운전자가 운행하는 자동차이다. 커넥티드카는 자동차에 정보통신기술을 탑재한 것이다. 통신기기 또는 외부 인프라(클라우드)와의 연동을 통해 양방향 인터넷, 모바일 서비스 등이 가능하다. 사물인터넷 기술이 채용된 차량으로 자동차의 안전과 편의성을 향상시킨 자동차다.

기술

무인 제어 기술

자율 주행 자동차는 가속기(액셀), 감속기(브레이크), 조향장치(운전대) 등을 무인화 운행에 맞도록 구현하였다. 자동차에 컴퓨터, 소프트웨어, 하드웨어를 설치하고 이를 이용하여 자동차를 제어한다.

시각 정보 처리 기술

자율 주행 자동차는 비전, 센서를 이용하여 시각 정보를 입력받고 처리하는 시스템을 갖추고 있다. 카메라를 이용하여 외부의 영상정보를 받아들이고, 이 영상 중에서 필요한 정보를 추출해 내는 기술을 갖추고 있다. 또한 초음파 센서 및 레인지 필터 등의 센서를 사용하여 거리와 주행에 필요한 정보를 융합하여 분석 및 처리함으로써 장애물 회피와 돌발 상황에 대처할 수 있다.

통합 관제 시스템

자율 주행 자동차는 차량의 운행을 감시하고 수시로 바뀌는 상황에 따라 적절한 명령을 내리는 운행 감시 체계를 구축하고 있다. 개별적 프로세서 및 센서에서 발생되는 여러 상황을 분석하여 시스템의 고장을 진단하여 오퍼레이터에 대한 적절한 정보를 제공하거나 경보를 알리는 기능을 수행할 수 있다.

지능제어 및 지능운행 장치

• 지능형 순항 제어 시스템(ACC: Adaptive Cruise Control System) : 실제 차량 모델을 이용한 수학적인 해석에 근거하여 제어 명령을 생성하여 현재 무인 자동차에 적용된 무인 운행 기법이다. 레이더 가이드 기술에 기반을 두고 운전자가 페달을 조작하지 않아도 스스로 속도를 조절하여 앞차 또는 장애물과의 거리를 유지시켜 주는 시스템이다.

• 차선 이탈 방지 시스템 : 내부에 달린 카메라가 차선을 감지하여 의도하지 않은 이탈 상황을 운전자에게 알려주는 기술이다. 무인 자동차에서는 도보와 중앙선을 구분하여 자동차가 차선을 따라 안전하게 주행할 수 있도록 해준다.

• 주차 보조 시스템 : 운전자가 어시스트 버튼을 탐색한 후 후진 기어를 넣고 브레이크 페달을 밟으면, 자동차가 조향 장치를 조절하여 후진 일렬 주차를 도와주는 시스템이다.

• 자동 주차 시스템 : 운전자가 주차장 앞에 차를 정지시킨 뒤 엔진을 끄고 내려서 리모콘 잠금 스위치를 2회 연속 누르면, 자동차에 설치된 카메라가 차고의 반대편 벽에 미리 붙여놓은 반사경을 탐지해 적정한 접근 경로를 계산하여 스스로 주차를 하는 기술이다.

• 사각지대 정보 안내 시스템 : 자동차의 양측면에 장착된 센서가 사이드 미러로 보이지 않는 사각지대에 다른 차량이 있는지를 판단하여 운전자에게 경고를 해주는 기능이다. 복잡한 도로 상황에서 양측의 장애물 및 차량을 확인하여 차선을 변경할 때 도움을 주기 위한 용도로 사용된다.

기술발전 단계

자율주행은 실현 수준에 따라 여러 단계로 구분한다. 각 제조사마다 단계를 구분하는 정도는 약간씩 다르지만 일반적으로 국제 자동차 기술자 협회((SAE, Society of Automotive Engineers)가 나눈 0~5단계(levels 0 ~ 5)를 따른다.

• 0단계: 아주 기초적인 자동차를 뜻한다. 인간이 직접 운전석에 앉아 조향, 가/감속, 제동 등을 직접 제어하는 방식이다. 좀 더 확장된 관점에서 차선을 이탈하거나 앞차와의 간격이 좁을 때 경고음을 들려주는 기능 역시 이에 해당한다. 경고를 할 뿐, 모든 조작은 운전자가 직접 한다.
• 1단계: 조금 더 발전하여 본격적인 운전자 보조 시스템을 갖춘 자동차다. 여기선 자동차가 제동, 조향, 가/감속 등이 직간접적으로 개입한다. 차량의 속도를 일정하게 유지하는 크루즈 컨트롤 역시 이 단계에 해당한다. 1단계에서도 사용자의 손은 계속 운전대 위에 있어야 한다.
• 2단계: 오늘날 도입되고 있는 지능형 운전자 보조시스템(ADAS)에 해당한다. 1단계에서는 조향, 가/감속, 제동 중 한 가지 기능만 자동화할 수 있었지만 2단계부터는 이러한 조작 기능을 복합적으로 자동화할 수 있다. 이 단계의 자동차는 차로 구분이 확실하고 대부분의 차량이 일정한 속도로 달리는 고속도로에서는 운전자의 조향을 직접 보조해줄 수 있다.
• 3단계: 자동차가 직접 조향, 가/감속, 제동 등을 스스로 할 수 있는 단계다. 이를 통해 사고가 날 수 있는 상황을 피해 움직일 수 있으며, 운전자는 주변 상황에 크게 신경 쓰지 않아도 된다. 물론 최종 통제권은 운전자에게 있다. 사람은 운전석에 앉아서 모든 조작을 자율 주행차에게 맡길 수 있지만, 특정한 위험 상황에서 자동차가 수동운전을 요청할 경우 운전대를 다시 잡아야 한다.
• 4단계: 스스로 안전한 자율주행을 할 수 있는 단계를 말한다. 예를 들면 스스로 달리던 자동차가 위급한 상황에 마주쳤을 때 운전자에게 직접 제어할 것을 요청하지만, 이 때 운전자가 잠들었을 경우 자동차 스스로 속도를 줄이고 갓길에 정차하는 등의 제어가 가능한 수준이다. 자동차 스스로 모든 것을 판단하기 때문에 자율주행 프로세서의 역할이 중요하다.
• 5단계: 인간의 개입이 전혀 필요 없는 완전한 수준의 자율주행 자동차를 뜻한다. 탑승자가 차에 올라타 목적지를 말하거나 네비게이션에 입력하면 목적지까지 자동으로 이동하는 형태다. 이 단계의 자동차는 운전석이 필요 없으며, 실내를 단순히 앉는 공간이 아니라 이동형 사무실, 숙박시설, 여가시설 등으로 활용하는 것도 가능할 것이다.

장단점

장점

• 편리성: 자율 주행 자동차가 스스로 알아서 운전 및 주차를 해 주기 때문에, 사람이 직접 운전할 필요가 없어 매우 편리하다.
• 안전성: 자동차 사고는 주로 운전자들의 실수에서 비롯된다. 사람은 졸음, 시력, 반응 시간 등 육체적 한계를 지니고 있지만, 무인 자동차는 360도 시야를 가지고 있으며 레이더와 같은 특수 장비로 밤에도 시야를 잘 볼 수 있는 등 인간의 육체적 한계를 뛰어넘는 능력을 가지고 있어 사고가 날 확률을 줄여준다.
• 시간 절약: 무인 자동차는 교통 혼잡을 해소해 운전할 필요가 없는 시간을 늘려준다. 이에 더해 무인 자동차는 주차 장소를 찾아주는 시간과 주차하는 시간을 줄여준다.
• 에너지 절약: 다른 자동차의 존재를 더 잘 감지할 수 있기 때문에 무인 자동차는 다른 차량과 더 가깝게 유지하며 주행할 수 있어서 공기 저항을 줄이는 일이 가능하다. 공기 저항을 줄임으로써 연료 소비량을 줄일 수 있다.

단점

자율주행자동차는 아직 경험된 적이 없는 신생 리스크(emerging risk)를 내재하고 있다. 이 리스크의 주요한 원천은 인공지능(AI)이다. 인공지능은 일상생활에도 이미 상당부분 자리 잡아가고 있지만 여러 가지 문제를 가지고 있다.

• 사고 책임: 도로 위에서 주행하고 있는 차들 중 80% 이상이 무인 자동차이고, 이들이 모두 자율 주행을 하는 상황에서, 만약 사고가 난다면 누구에게 책임을 물어야 하는지 현재 법률적으로 정해져 있지 않다. 자율주행 자동차의 발전단계에 따라 책임의 무게는 변화할 보이며 초기단계에서는 운전자와 소프트웨어 개발사를 포함한 자동차 제조사가 공동책임을 지고 완전 자율주행시대에 접어들면 자동차 제조사가 전적인 책임을 져야 한다는 것이 전문가들의 대체적인 견해이다.
• 해킹: 자율 주행 자동차는 GPS 기반으로 주행을 하는데, 인터넷 접속이 가능해진다면 해킹이 가능해져, 해커들이 마음대로 자신의 자동차를 조종할 수 있는 위험이 있다. 이를 위해서는 통신보안을 강화해야 할 것이다.
• 일자리 손실: 자동차관련 업체 측의 일자리 손실 뿐 아니라 운전직군의 실업이 야기 될 수 있다. 미국 정책연구소 뉴아메리카 재단이 발표한 보고서에 따르면 피닉스에서 자동화 기술이 개발되는 것은 3분의 1이 넘는 일자리를 없애거나 새로운 일자리고 바꾼다고 한다.
• 트롤리 딜레마(Trolley Problem); 윤리적 문제: 트롤리 딜레마란 자율주행 자동차가 충돌하는 경우에 누구를 보호해야 할 것인가 하는 윤리적 문제다. 이는 자율주행자동차가 급격히 방향을 틀지 않는다면 앞에 있는 사람을 칠 수 있고 방향을 튼다면 자동차에 탄 사람이 죽을 수도 있는 상황에서 자율주행자동차가 어떤 결정을 내려야하는지를 묻는다. 이를 해결하기 위해서는 기계적 관점에서 우선순위를 계산해 자동차를 제어하기보다는 어떻게 해야 장애물과의 충돌을 줄일 수 있는지와 같은 실질적 문제를 해결하는데 초점을 두어야한다.

개발 현황

현대자동차㈜, 토요타자동차㈜, 혼다, 닛산, GM, 포드자동차, 메르세데스-벤츠, BMW, 아우디, 볼보 등 전 세계 자동차 업체뿐 아니라, 구글 자동차, 테슬라 자동차, 애플, 엔비디아, 삼성전자, 네이버, 바이두, 우버 등 전 세계 IT 기업들이 인공지능 자율 주행 자동차 개발에 뛰어들고 있다. 일본 소프트뱅크에 인수된 영국의 ARM 회사는 2016년 자율 주행 자동차 전용 반도체인 '코덱스 R52'를 개발했다.

한국

• 현대, 기아에는 IT업체와 협력하여 커넥티드 자율주행차 개발에 힘썼다. 2015년에 만든 제네시스는 바로 앞에 있는 표지판을 읽어 속도를 조절할 수 있고 차간 거리제어, 차선 유지, 조향 제어, 가감속 제어가 가능하다.
• 네이버는 국내 중소기업과 협력하여 도요타 개조차량으로 자율주행시스템을 시험하고 있다.

일본

• 도요타는 자율주행기술 특허 보유수로는 세계 1위다. 그리고 자회사 덴소가 2위로 관련기술 특허 확보에 노력을 기울이고 있다.
• 혼다는 자율주행차 개발에는 소극적인 편이지만, CES에서 인공지능 분야 전문성을 활용하여 인공지능 엔진을 탑재한 소형 완전 자율주행 전기 컨셉트카를 공개했다.
• 닛산은 안전성 확보에 주력하며 자율주행차 개발에 힘쓰고 있다. 이미지를 360°로 보여주어 특히 사각지대로 인한 사고위험을 줄이는데 기여한다.

미국

• 구글은 자체 완전자율주행 자동차를 개발하고 있다. 2009년 가장먼저 자율주행자동차 개발 착수하여 가장 먼 시범 운행 거리 기록과 100마일 당 최소 자율주행 해제 횟수를 보유한 자율주행기술의 선두업체이다. 2014년에는 가감속 페달과 운전대 자체를 없앤 레벨4 자율주행 전기차를 공개했다.
• GM은 소규모업체 투자와 인수로 전기 무인택시를 개발했다. 고속도로 자율주행 기술인 슈퍼 크루즈 시스템을 고급차 캐딜락에 장착해 판매하고 있다.
• 포드는 카셰어링·카헤일링용 보급형 완전자율주행차를 개발을 힘쓰고 있다.
• 테슬라는 정밀분석이 가능하지만 비용이 높은 라이다 대신 레이더 센서를 사용해 부분자율주행 자동차를 조기 상용화하였다.
• 델파이는 2015년에 아우디 Q5로 약5,400km 자율주행에 성공하였다.
• 우버는 무인택시 공동개발을 하고 있다. 2016년 볼보와 포드 차량을 이용해 운전자가 탑승한 자율주행 택시 시범운영 시작하였다.

유럽

• 폭스바겐은 자율주행 전기 스포츠카를 개발하고 있다. 2014년에는 RS7으로 시속 240km의 무인주행에 성공하였다. 2015년에는 A7모델로 900km 자율주행에 성공하였다. 2017년에는 레벨3 기술 탑재된 아우디 A8을 출시했다.
• 다임러(벤츠)는 고급승용차 및 상용차 중심의 자율주행자동차를 개발하고 있다. 상용차는 고속도로 파일럿 시스템을 장착했다. 네덜란드에서는 자율주행 버스 시범운행을 개시했다.
• BMW는 자율주행 스포츠카 개발에 힘쓰고 있다.
• 보쉬는 전기화, 자동화, 연결성에 집중한 자율주행 부품 및 시스템을 개발하고 있다. BMW, 테슬라 등 타사 차량 개조로 부분 자율주행차를 개발했다. 첨단운전자보조기술 특허 보유 수 1위다.
• 컨티넨탈은 보급형 자율주행 부품 및 시스템 개발에 힘쓰고 있다. ADAS기술 을 기반으로 가격을 낮춘 보급형 자율주행 부품과 시스템을 개발하고 있다.

중국

• 장안기차는 고속도로용 자율주행 자동차 조기 상용화 계획을 가지고 2016년에 자율주행차 레톤으로 시범주행에 2,000km를 성공했다.
• 바이두는 2014년부터 인공지능 운전자 보조프로그램이 탑재된 자율주행 차 개발에 착수하였다. BMW를 개조하여 베이징 인근 30km를 자율주행에 성공하였다.

평가와 전망

자율주행 차량 기술과 관련된 4가지 미래 키워드는 고안전, 고편의, 친환경, 신생태계이다.

• 고안전

자동차 사고는 주로 운전자들의 실수에서 발생한다. 그 요인은 졸음, 반응시간과 시력 등의 한계를 지니고 있다. 반면에 자율주행차량은 인간의 한계를 뛰어넘는 능력을 가지고 있기 때문에 사고가 날 가능성을 줄여준다.

• 고편의

자율주행차량은 사람이 직접 운전할 필요가 없기에 사람들에게 편의를 제공해주는 동시에 교통 혼잡을 해소해 주어 운전하는 시간을 줄여준다. 또한 주차하는 시간도 줄여준다.

• 친환경, 신생태계

자율주행차량은 다른 자동차의 존재를 더 잘 감지한다. 이는 다른 차량과 더 가깝게 유지하며 주행하는 것을 가능하게 만들어 공기저항을 줄여준다. 공기 저항을 줄임으로 인해 연료 소비량 또한 줄여주는 이점을 가진다.

자율주행자동차 시대의 도래는 우리에게 많은 이점을 주지만 한편으로는 새로운 과제를 우리에게 준다. 아무리 인공지능기술이 발전해도 모든 위기상황을 예측하기기는 어렵다. 따라서 자동차에 대한 최소한의 통제권은 운전자에게 남겨둬야 하는 한계는 인정해야 한다. 그리고 자율주행자동차에 관한 문제들에 대해 법은 기존의 법리를 재해석하여 보완하거나 인공지능 시대에 적합한 새로운 법 개념을 만들 필요가 있다.

참고자료

• 〈무인 자동차〉, 《위키백과》
• 〈자율주행 자동차〉, 《나무위키》
• 김용훈, 김현구, 〈자율주행자동차 개발 동향〉, 《정보와 통신 Vol.34 No.5》, 2017
• 김정임, 〈자율주행자동차 운행의 안전에 관한 공법적 고찰〉, 《법학연구 Vol.64 No.》, 2016
• 임찬종, 이윤주, 〈[카드뉴스 ‘누구를 죽일지 선택하라’... 자율주행자동차의 딜레마]〉, 《SBS 뉴스》, 2015-10-26
• 이상돈, 정채연, 〈자율주행자동차의 윤리화의 과제와 전망〉, 《IT와 법 연구 제15집》, 2017

같이 보기

• 4차 산업혁명
• 인공지능
• 스마트 기기