[이슈 분석] 자율주행시스템, 군사용으로까지 적용 확대... 소프트웨어 평가항목도 강화

[뉴스비전e 장연우 기자] 4차 산업혁명과 관련한 시장과 산업의 성장이 빠르게 진행됨에 따라 선진 각국에서는 이에 대한 연구 개발과 투자가 활발하게 이루어지고 있다.

IoT, 헬스케어, 산업용 로봇과 자율주 행자동차는 단순 기술이 아니라 사회 구조적 변화를 가져올 것으로 예상되고, 이에 대한 대비를 강조하고 있으며 국내외 선도기업들은 최근 인공지능 기술의 발전에 따라 다양한 자율시스템(Autonomous System)을 상용화하고 있다.

자율시스템은 자동차가 대표적으로 인식되고 있으나 미국 국방부는 자율시스템의 잠재적 효과를 인식하고 무기체계인 항공기와 잠수함 등에 이를 활용하기 위한 기초 및 응용 연구를 오래 전부터 수행하고 있다.

정보통신기술의 발전에 따라 군사용 또는 특수목적용 자율시스템이 상용목적으로 빠르게 확산되면서 자율주행자동차는 민군겸용기술(Dual-Use Tech)로 연구 개발이 진행되고 있으며 미국 육군은 아프간, 이라크전 이후 자율주행트럭의 개발 등에 일부 민 간기술을 군사용으로 적용하는 정책을 확대하고 있다.

자율주행자동차는 외부 주행환경을 인식하고 이를 기초로 주행계획을 수립하여 차량을 운행 하는 자율주행(Autonomous Driving), 운전자 지원(Driver Assistance), 텔레매틱스(Telematics)가 핵심 기술로 구성된다.

자동차 회사인 테슬라(Tesla)의 경우 360 도 시야각을 갖춘 카메라, 레이다, 초음파 센서를 활용하여 딥러닝(Deep Learning) 기술이 적용된 자율주행 기술을 개발하고 기능 개선을 무선 소프트웨어 업데이트를 통해 이루어지도록 하고 있다.

정보통신 분야의 선도 기업인 구글(Google)의 경우 2014년 자체 개발한 2인승 자율주행자동차를 공개하였으며, 2020 년 실용화를 목표로 하고 있다.

자율주행자동차는 운전자의 조작 없이 주행할 수 있도록 교통 표지판이나 사물을 야간에도 식별하고 판단할 수 있는 센서를 갖추어야 하며, 고비용 센서를 대체하는 데이터 처리와 인공지 능 기술개발 이외에도 법, 규제 개선과 인프라 구축 등이 유기적으로 연계하여 이루어져야 한다. 

자율성(Autonomy)에 대해 웹스터(Webster) 사전은 “다른 객체와 별개로 존재하거나 행동하 는 상태 ”로 정의하고 있다.

그러나 자율성을 구현하는 기술이 개발되면서 일반적으로 정의하기는 어려우며 로봇, 자동차 및 무기체계 등 분야별로 특성을 반영하여 적용하고 있으며, 자율성 의 수준은 많은 기관들이 개별적으로 추구하는 목적에 따라 단계화하여 정의하고 있다.

자율주행자동차의 경우 운전자의 개입 정도와 제어 기술 수준에 따라 NHTSA(National Highway Traffic Safety Administration), SAE(Society of Automotive Engineers) 등에서 5~6 단계로 구분하고 있다.

이 분야를 선도하는 주요 자동차 제조사들은 차선이탈경고(Lane Departure Warning), 전방 충돌경고(Forward Collision Warning), 고속도로 운전지원시스템(Highway Driving Assist system) 등을 갖춘 1~2 단계 수준의 기술에 대부분 도달하고 있으며 단기간에 3단계까지 가능할 것으로 예상된다.

반면, 미국 국방과학위원회(Defense Science Board)는 자율성의 수준을 정형화된 형태로 정의하는 것을 현단계에서 배제하는 권고를 하고 있다.

권고안의 핵심은 자율기능은 판단과 의 사결정 등 SW가 핵심이며 향후 자율성이 확대되면서 적용되는 플랫폼 종류에 따라 개별적으로 수준을 정의해야 하는 문제를 제기했다.

이것은 자율성의 수준을 차량, 항공기 등 플랫폼에 따라 정의하지 않고 자율기능의 목적, 기능과 효과에 따라 연구 개발을 추진하는 것이 중장 기적 연구개발 방향과 부합될 수 있다는 것을 강조한 것이다.

◆완전 자율주행을 위해 해결할 기술은?

자율주행을 위한 운전자보조시스템(Advanced Driver Assistance System: ADAS)은 제조사 중심으로 차세대 시스템으로 개선이 진행되고 있다. 

사람의 개입 없이 수행될 수 있도록 하기 위해 해결해야 할 주요 IT 기술분야로, 고성능 컴퓨팅, 신뢰성 있는 공급망, 중앙집중형 개발방법론 , 소형 및 저전력 솔루션 , 보안과 개인정보보호 등 5가지 분야가 꼽힌다. 

완전한 자율주행은 최첨단 ICT 융합기술의 결정체로 불리워질 정도의 기술이 요구되며 그중에서도 센서를 통해 수집된 데이터를 처리하여 주행 관련 의사결정이 이루어지는 SW 알고리즘이 핵심이다 .

현재의 자율주행자동차는 주야간 다양한 주변환경에 관계 없이 정확히 물체를 인지할 수 있는 카메라 , 레이더 , 라이더 등의 센서를 갖추어 자동차 전장 소프트웨어 표준 플랫폼 AUTOSAR(Automotive Open System Architecture) 와 통합 안전을 제공하는 V2X 기술로 주요시스템을 구성하고 있다.

정밀지도 기반으로 정확한 현재 위치 파악과 주행경로 판단 및 계획 수립을 위해서는 차량 의 정보처리 능력 개선과 차량 - 차량 (Vehicle to Vehicle: V2V) 그리고 차량 - 기반시설 (Vehicle to Infrastructure: V2I) 등 V2X 통신이 필수적으로 요구된다 .

톰슨로이터(Thompson Reuters)는 2010년 이후 2015년 10월까지 총 2만 2,000여건의 등록된 특허 가운데 자율운전(Autonomous Driving), 운전자 지원, 텔레매틱스 기술 분야에 특허가 집중되고 있다고 발표한 바 있다.  

대부분의 국가와 주요 자동차 제작사는 완전한 자율주행을 실현하기 위해 기술 이외에도 추가 비용에 따른 차량 가격 상승, 운행 관련 법과 제도 정비 등 다양한 문제를 해결해야 한다.

자율주행자동차의 경우 아직 관련 법과 제도가 미비하므로 자율주행자동차 테스트 및 운행과 사고처리에 대한 법적 책임과 보험 등의 정비가 선결되야 할 필요성도 대두된다. 

자율주행자동차의 실용화까지 가장 큰 어려움은 충분한 규모의 테스트베드와 데이터의 부 족에 따라 학습을 위한 데이터베이스 획득과 문제에 대한 정의가 쉽지 않다는 것이며, 이 때문 에 앞으로의 개발과정에서도 지속적인 문제가 될 것으로 보인다.

우리나라는 자율주행자동차의 임시 운행을 허용하는 관련 법이 통과되어 2016년부터 시행되어, 요건을 갖추면 도로에서 임시 운행을 할 수 있는 기반을 제공하고 있다.

◆인간이 불가능한 임무 자율시스템은 한다...군사용 적용시 기대효과

군사용 자율시스템은 크게 지상 및 해양(UGV, UMV), 공중(UAV), 우주(Space)용 등으로 구성 된 UXV(Unmanned X Vehicles)와 로봇으로 나누어진다.

미국 국방부는 로봇과 자율시스템(Robots and Autonomous Systems: RAS)을 원격조정 기반의 무인시스템(Unmanned Systems)에서 자율성 을 높이는 방향으로 전략을 수립하였으며, 위험지역에서의 전투원수 감소 등 여러 효과를 기대하고 있다.

미국 육군은 2017 년 RAS 에 대한 전략을 수립하였으며 향후 25년간 이러한 요구능력을 신속하고 저비용으로 확보하기 위해 자율성, 인공지능과 공통 제어 등 3가지 분야의 핵심기술 개발이 반드시 필요할 것으로 판단하고 있다.

연구개발 방향에 대해서는 자율시스템이 갖추어야 하는 임무와 요구기능에 따라 개발과 검증에 대한 프레임워크를 제시하고 이를 적용하는 것을 검토중인 것으로 전해진다. 

또한, 상용으로 개발된 기술의 군사적 활용을 촉진하기 위해 출연금 또는 계약 방식의 무기체계 획득 이외에 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency) 주관으로 DARPA Grand Challenge 를 개최해 자율주행자동차의 연구 진입장벽을 낮추고 기술혁신을 유도하고 있다.

IT 기업 구글은 이 대회 우승자를 개발자로 스카우트하는 등 챌린지는 민·군협력 연구 개발의 선 순환 생태계 구축을 위한 방법으로 자율주행 기술 개발을 촉진하는 역할을 하고 있다.

군사용 자율시스템은 민간 자율시스템과는 다른 특성과 환경에서 사용되는 특성이 있어 임무 수행을 위해 민간기술이 제공하지 못하는 분야에 대한 자체 연구 개발을 수반되야 한다. 

이와 함께 스마트 도로 등의 환경적 지원이 없는 특수 상황에서 운영되므로 최초 설계 단계부터 다음과 같은 사이버 공격 등 예상치 못한 상황을 보다더 엄격히 감안해 고려해 연구 개발을 진행한다고 전문가들은 전한다. 

◆소프트웨어 안전성 평가항목 강화 추세... 표준화도 '가속'

자율주행자동차는 지도 및 교통정보와 같은 일반 DB 와 위치 등 센서정보 처리, 주행제어 등 많은 기능을 많은 임베디드 시스템으로 구성하고 있다.

핵심 기능을 제공하는 임베디드 SW 는 크게 ECU 와 센서를 위한 운영체제, 그래픽 및 사용자 인터페이스 시스템과 데이터베이스 관리 시스템 등으로 구분된다.

자율주행자동차에 있어 SW 의 오동작, 지연 및 작동 중지는 심각한 결과를 초래할 수 있기 때문에 자율주행자동차에서 임베디드 SW 는 고도의 안전성과 신뢰성이 요구된다.

SW 오류로 인 한 자율주행자동차의 사고를 방지하기 위해 자동차 안전 국제 표준인 ISO 26262 가 있으며, SW 재사용과 신뢰성을 높일 수 있는 SW 플랫폼으로 AUTOSAR 를 공동 개발하며 표준화하고 있다.

유럽은 다양한 자율주행 요소기술 또는 운전자보조시스템 기술들을 Euro NCAP(New Car Assessment Programme) 안전성 평가 항목으로 추가할 예정으로 있어 표준화는 더욱 가속화될 것으로 전망된다. 

자율시스템의 핵심은 소프트웨어이며 센서, 통신기술 등 핵심부품과 임베디드 시스템으로 통합하는 기술 등이 유기적으로 개발되어야 SW 가 제역할을 할 수 있다. 자율주행 SW 및 제어 알고리즘의 경쟁력은 단기간에 확보되지 않으며 개발된 기술은 관련 국가와 기업 중심으로 표 준화를 추진하고 있다.

우리나라에서도 국가적으로 추진하고 있는 자율주행자동차 실험도시 K- City 구축과 고위험 기술 개발을 위한 민·군협력 등 보다 전략적 접근과 이를 실천할 수 있는 통합된 노력이 필요한 시점이라고 전문가들은 조언한다.