technology report 자율시스템연구개발동향및발전방향 인프니스네트웍스박현규부사장 4차산업혁명에대한논의의중심에로봇과자동차가주목받고있다. 자율시스템은인공지능등관련기술의발전에따라자율주행자동차, 서비스로봇등과같이일상생활에서사용될수있도록빠르게발전하고있다. 자율시스템은적용분야가확대되고자율성수준이높아지면서기능개발이외에도안정성과보안성이반드시확보되어야하므로다양한환경에서의모의시험이필수적이다. 따라서적용분야와사용목적에대한이해를바탕으로개별적기능시험이외에군사용무기체계에서적용하는통합시험환경에서의적용시험등기존연구개발에서획득한경험과지식을공유하여완성도를높일수있도록향후산 학협력등연구개발생태계조성, 법과제도정비등에대한선제적노력이긴요하다. 서론최근 4차산업혁명과관련한시장과산업의성장이빠르게진행됨에따라선진각국에서는이에대한연구개발과투자가활발하게이루어지고있다. IoT, 헬스케어, 산업용로봇과자율주행차는단순기술이아니라사회구조적변화를가져올것으로예상되고, 이에대한대비를강조하고있으며국내외선도기업들은최근인공지능기술의발전에따라다양한자율시스템 (Autonomous System) 을상용화하고있다. 자율시스템은자동차가대표적으로인식되고있으나미국국방부는자율시스템의잠재적효과를인식하고무기체계인항공기와잠수함등에이를활용하기위한기초및응용연구를오래전부터수행하고있다. 정보통신기술의발전에따라군사용또는특수목적용자율시스템이상 용목적으로빠르게확산되면서자율주행차는민 군겸용기술로연구개발이이루어지고있으며미국육군은아프간, 이라크전이후자율주행트럭의개발등에일부민간기술을군사용으로적용하는정책을확대하고있다. 자율주행차는외부주행환경을인식하고이를기초로주행계획을수립하여차량을운행하는자율주행 (Autonomous Driving), 운전자지원 (Driver Assistance), 텔레매틱스 (Telematics) 가핵심기술로구성된다. 테슬라의경우 360도시야각을갖춘카메라, 레이더, 초음파센서를활용하여딥러닝기술이적용된자율주행기술을개발하고기능개선을무선소프트웨어업데이트를통해이루어지도록하고있다. 구글의경우 2014년자체개발한 2인승자율주행차를공개하였으며, 2020년실용화를목표로하고있다. 자율성정의와수준자율성 (Autonomy) 은이를구현하는기술이개발되면서일반적으로정의하기는어렵다. 최근에는로봇, 자동차및무기체계등분야별로특성을반영하여적용하는것이일반적이며, 자율성의수준은많은기관들이개별적으로추구하는목적에따라단계화하여정의하고있다. 자율주행차의경우운전자의개입정도와제어기술수준에따라 NHTSA(National Highway Traffic Safety Administration), SAE(Society of Automotive Engineers) 등에서 5~6단계로구분하고있다. 이분야를선도하는주요자동차제조사들은차선이탈경고 (Lane Departure Warning), 전방충돌경고 (Forward Collision Warning), 고속도로운전지원시스템 46 (17.11) 신제 - 최종.indd 46 2017-10-24 오후 7:58:26
검색 (Highway Driving Assist system) 등을갖춘 1~2단계수준의기술에대부분도달하고있으며단기간에 3단계까지가능할것으로예상된다. 자율시스템관련기술개발동향 1. 자율주행차자율주행차판매대수는 2025년약 23만대에서 2035 년에는 118만대로급격하게증가할것으로예상하고있다. 자율주행을위한운전자보조시스템 (Advanced Driver Assistance System: ADAS) 은제조사중심으로차세대시스템으로개선이진행되고있으나차선이탈경보, 충돌회피등현재구현하고있는기술을사람의개입없이수행될수있도록하기위해서는고성능컴퓨팅, 신뢰성있는공급망, 중앙집중형개발방법론, 소형및저전력솔루션, 보안과개인정보보호등 5가지 IT 관련기술이해결되어야할것이다. 완전한자율주행은최첨단 ICT 융합기술의결정체로불리워질정도의기술이요구되며그중에서도센서를통해수집된데이터를처리하여주행관련의사결정이이루어 지는 SW 알고리즘이핵심이다. 현재의자율주행차는주야간다양한주변환경에관계없이정확히물체를인지할수있는카메라, 레이더, 라이더등의센서를갖추어자동차전장소프트웨어표준플랫폼 AUTOSAR(Automotive Open System Architecture) 와통합안전을제공하는 V2X 기술로주요시스템을구성하고있다. 정밀지도기반으로정확한현재위치파악과주행경로판단및계획수립을위해서는차량의정보처리능력개선과차량대차량 (V2V) 그리고차량기반시설 (V2I) 등 V2X 통신이필수적으로요구된다. 글로벌미디어그룹톰슨로이터는 2010년이후 2015년 10월까지총 2만 2,000여건의등록된특허가운데자율운전, 운전자지원, 텔레매틱스기술분야에특허가집중되고있다고발표하였으며앞으로도 IT 중심으로기술개발이추진되는경향이심화될것으로예측하고있다. 대부분의국가와주요자동차제작사는완전한자율주행을실현하기위해기술이외에도추가비용에따른차량가격상승, 운행관련법과제도정비등다양한문제를해결해야한다. 자율주행차의경우아직관련법과제도가미비하므로자율주행차테스트및운행과사고처리에대한법적책임과보험등의정비가선결되어야한다. 운전자보조시스템 (ADAS) 2017 11 10 47 (17.11) 신제 - 최종.indd 47 2017-10-24 오후 7:58:26
technology report 자율주행차의실용화까지가장큰어려움은충분한규모의테스트베드와데이터의부족에따라학습을위한데이터베이스획득과문제에대한정의가쉽지않다는것이며, 이때문에앞으로의개발과정에서도지속적인문제가될것으로보인다. 우리나라는자율주행차의임시운행을허용하는관련법이통과되어 2016년부터시행되어요건을갖추면도로에서임시운행을할수있는기반을제공하고있다. 2. 군사용자율시스템군사용자율시스템은크게지상및해양 (UGV, UMV), 공중 (UAV), 우주 (Space) 용등으로구성된 UX V (Unmanned X Vehicles) 와로봇으로나누어진다. 미국국방부는로봇과자율시스템을원격조정기반의무인시스템에서자율성을높이는방향으로전략을수립하였다. 미국육군은 2017년 RAS에대한전략을수립하였으며 향후 25년간이러한요구능력을신속하고저비용으로확보하기위해자율성, 인공지능과공통제어등 3가지분야의핵심기술개발이반드시필요할것으로판단하고있다. 연구개발방향에대해서는자율시스템이갖추어야하는임무와요구기능에따라개발과검증에대한참조모델프레임워크를제시하고이를적용하는것을검토하고있다. 또한, 상용으로개발된기술의군사적활용을촉진하기위해출연금또는계약방식의무기체계획득이외에 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency) 주관으로 DARPA 그랜드챌린지를개최하여자율주행차의연구진입장벽을낮추고기술혁신을유도하고있다. 구글은이대회우승자를개발자로스카우트하는등챌린지는민 군협력연구개발의선순환생태계구축을위한방법으로자율주행기술개발을촉진하는역할을하고있다. 완전주행자율주행차세계시장전망 ( 단위 : 만대 ) 2025년 2027년 2029년 2030년 2032년 2034년 2035년 CAGR(%) 23.0 32.0 43.0 50.8 70.7 98.5 118.0 18 < 자료 > IHS Automotive, KEIT PD Issue Report 2016. 11( 재편집 ). 구글자율주행특허애플리케이션 < 자료 > Thompson Reuter, The 2016 State of Self-Driving Automotive Innovation, 2016 48 (17.11) 신제 - 최종.indd 48 2017-10-24 오후 7:58:27
검색 3. 안전성과 보안성 관련 기술 차량 안전 기능은 통신 인프라를 거치지 않고 차량 간 자율주행차는 지도 및 교통정보와 같은 일반 DB와 위 직접 통신을 이용하는 V2X 방식을 활용하고 있다. 차량 치 등 센서정보 처리, 주행제어 등 많은 기능을 여러 임베 안전 서비스를 제공하기 위해서 도로의 차선 구분을 할 디드 시스템으로 구성하고 있다. 핵심 기능을 제공하는 수 있는 위치 정확도는 1m 급이 되어야 한다. 위치 정확 임베디드 SW는 크게 ECU와 센서를 위한 운영체제, 그래 도는 고속도로나 개활지 환경에서는 확보가 가능하지만 픽 및 사용자 인터페이스 시스템과 데이터베이스 관리 시 다중경로 페이딩 채널이 존재하는 도심지에서는 관성항 스템 등으로 구분된다. 법에 의한 보정 등 센서 융합 기술이 필요하다. 자율주행차에 있어 SW의 오동작, 지연 및 작동 중지는 통신 프로토콜은 인증 및 보안 기능은 안전과 관련된 메 심각한 결과를 초래할 수 있기 때문에 자율주행차에서 임 시지를 약 100msec 주기로 송수신 하면서 메시지 단위로 베디드 SW는 고도의 안전성과 신뢰성이 요구된다. SW 오 인증과 보안을 실시간 처리할 수 있도록 1msec 이내 처 류로 인한 자율주행차의 사고를 방지하기 위해 자동차 안 리할 수 있어야 한다. 자동차 전장체계의 복잡도가 증가 전 국제 표준인 ISO 26262가 있으며, SW 재사용과 신뢰성 하고 고정밀 대용량 지도정보 등은 클라우드 서비스를 통 을 높일 수 있는 SW 플랫폼으로 AUTOSAR를 공동 개발 해 다운로드 하는 형태로 이루어지면서 2023년 전체 판매 하며 표준화하고 있다. 유럽은 다양한 자율주행 요소기술 차량의 25%가 사이버보안 클라우드 서비스를 탑재할 것 또는 운전자보조시스템 기술들을 Euro NCAP(New Car 으로 예상된다. Assessment Programme) 안전성 평가 항목으로 추가할 예정으로 있어 표준화는 더욱 가속화될 것으로 보인다. 구글의 자율주행차 웨이모(Waymo) 완전자율주행 단계에서는 차량 간 혹은 차량-기반시설 간 실시간 통신 및 정보 업데이트가 필수적이나 이 과정 출처 : waymo.com 2017 10 11 (17.11)신제-최종.indd 49 49 2017-10-24 오후 7:58:27
technology report 테슬라의전기자동차 에서해킹을통해교통혼란및사고, 통신품질에따른시스템성능저하등의문제가생길가능성이존재한다. 미국도로교통안전위원회는자율주행자동차의제어권이 SW에있다는점을중시하여 2016년 9월사이버보안, 개인정보보호등을포함한 15개안전과관련된가이드라인을마련하고있다. 무엇보다보안의핵심은 내재화 (Built-in) 이다. 설계에서구현까지보안이내장된시스템과별도로보안기능을추가하는보안은큰차이가있다. 임베디드 SW는일반적인 SW나인터넷과마찬가지로악성공격에노출될위험이크다. 보안이강화된임베디드시스템은다운타임과복구관련비용을절감하는효과도가져다준다. 자율시스템연구개발을위한로드맵과협력체계 1. 협력기반연구개발추진방향유럽은 ERTRAC(European Road Transport Research Advisory Council) 에서자율주행차의기술개발과정을기술개발, 실증및데모, 규제및표준, 상용화의 4 단계로나눈기술로드맵을수립하고 EPoSS(European Roadmap Smart Systems for Automated Driving) 에서는 2020년자율주행 3단계, 2030년 5단계달성을목표로하고있다. 구글, 엔비디아와같은 IT 기업과유수한자동차제작사들은자율주행핵심기술로인공지능기술을사용하고있다. 인공지능은자율주행차에서주로인지기능을위주로 LiDAR, IMU와같이고가의센서가담당하던역할을영상센서와딥러닝기반정보처리알고리즘을이용하여기 능개선과비용절감을추구하고있다. 자율성을높이는인공지능기능은주행계획수립과같은복잡한기능으로확대 적용되어완전자율주행이이루어지도록연구되고있으며, 특히구글은 2016년자율주행기술전문회사웨이모 (Waymo) 를설립하여이분야를선도하고있다. 미국비영리국방연구기관 MITRE에서는국방부이외정부기관, 민간연구소및대학등의주요보고서 100여건을검토하여자율성에대한전략계획수립과투자에대한 30여개의핵심보고서를식별하였다. 미군은군사작전에있어무인시스템의가치를인식하고오래전부터연구와실전에서활용할수있는드론과로봇등을개발하여일부전력화하고있다. 미국국방부는무인시스템분야에서선도적활동을통해더욱자율성을높일수있도록정보처리능력, 빅데이터분석과네트워크기술등을확보하는노력을하고있다. 지난수년간이분야는민간기술이빠르게발전함에따라자체연구개발이외에지속적으로군사적으로활용할수있는기술적용프로그램을다수의대학, 연구소와협력하고있다. 한국에서도 지능형로봇개발및보급촉진법, IT 융합확산전략 등연구개발을지원하는법제정과정책들을통해 IT 기반의융합서비스확산및육성을지원해오고있으며, 엑소브레인프로젝트는개별기술 ( 로봇, 자율주행차, 빅데이터, 사물인터넷등 ) 과연계하여인공지능을활용하는정책을수립하고 4차산업혁명에대응하는지능정보사회중장기대책을마련하고있다. 2. 모의시험과테스트데이터의확보자율시스템은탑승자를보호하고, 통신두절상황등다양한잠재적사고의위험을줄일수있도록실제와같은환경에서충분한모의실험이필요하다. 자율주행차의기술개발을위해서는자동차산업, 반도체, SW 등의 ICT 산업간의융합과관련기술을사용하기위한법과제도적문제점을식별할수있어야한다. 미국의캘리포니아, 네바다, 애리조나등몇개주에서는공공도로에서자율주행차테스트를허용하고있으며, 미시간대학에구축된 Mcity은정부, 기업과대학이일상생활과유사한환경에서종합적인연구개발과테스트가가능한인프라를조성하여다양한모의실험을하고있다. 50 (17.11) 신제 - 최종.indd 50 2017-10-24 오후 7:58:27
검색 유럽은각국가별로자율주행차를위한사회기반시설구축뿐만아니라, 유럽연합차원에서여러국가들의협력하에함께도로주행테스트를위한인프라를구축하고있다. 미국의다양한챌린지프로그램과같이 2016년독일슈투트가르트에서네덜란드의로테르담까지다수의자율주행트럭들이 15m 이내로집단을이루어수송하는것을목표로하는유럽트럭군집주행챌린지를수행하였다. 선진각국은이러한노력을통해자동차를비롯한자율시스템의연구개발에필요한데이터수집과모의실험이이루어지는효과를거두고있다. 결론및시사점자율시스템의핵심은소프트웨어이며센서, 통신기술등핵심부품과임베디드시스템으로통합하는기술등이유기적으로개발되어야 SW가제역할을할수있다. 자율주행 SW 및제어알고리즘의경쟁력은단기간에확보되지않으며개발된기술은관련국가와기업중심으로표준화를추진하고있다. 자율주행차와관련해서미국, 유럽등기술선진국에서는기술개발에이어각종표준을자국이익을보호하기위한보이지않는장벽으로확대하고있어관련된인력과기술을확보하지못하는국가는기술격차가갈수록벌어지고있다. 자율시스템은충분한시장규모가있는자율주행차의경우기업주도하에연구개발이이루어지고있으나고위험, 고비용시스템에대해서는중장기적으로국가차원의지원과폭넓은협력이반드시필요하다. 기업과연구소의기술개발진도에맞추어정부는법, 규제정비와함께중장기연구개발투자가이루어질수있는인프라를갖출수있도록지속적인투자가이루어져야한다. 보다효율적인연구개발을위해서는세계최고수준의기술력을가지고있는중소 IT 업체, 대학과연구소등이협력할수있는선순환생태계를구축하는것이중요하다. 미국의국방연구를벤치마킹하는것은이러한관점에서좀더면밀하게검토할필요가있다. 자율주행실현을위해다양한상황에서대량의정보를기초로하는의사결정을위한딥러닝기술이기존의고비용센서등을대체하고있으며, 고속의안정적인무선통신이필수적이다. 이를위해서는학습을위한데이터베이스확보와안전과보안문제를해결하기위해보다실증적연구가필요하다. 한국에서도국가적으로추진하고있는자율주행차실험도시 K- City 구축과고위험기술개발을위한민 군협력등보다전략적접근과이를실천할수있는통합된노력이필요한때이다. 참고자료 1. Intel, Technology and Computing Requirements for Self-Driving Cars, 2014. 2. KEIT PD Issue Report, 자율주행을위한인공지능기술동향, vol.16-11, 2016. 11. 3. KIAT, 유럽의자율주행자동차기술및정책동향, GT 심층분석보고서, 2017. 4. 4. Mcity, https://mcity.umich.edu/our-work/mcity-testfacility, 2017. 9. 5. R. Grabowski, Big Picture for Autonomy Research in DoD, Soft and Secure Systems and SW Symposium, 2015. 6. The US DoD Defense Science Board, Report of the Defense Science Board Summer Study on Autonomy, 2016. 6. 7. The US Army Training and Doctrine Command, The Robotic and Autonomous System Strategy, Autonomy and Cognitive Behavior, 2017. 3. 8. The US DoD Defense Science Board, Task Force Report: The Role of Autonomy in DoD Systems, 2012. 7. 9. The US Naval Postgraduate School, NPS Autonomous Underwater Vehicle(AUV) Workbench. 10. Thompson Reuters, The 2016 State of Self-Driving Automotive Innovation, 2016. 11. Thomas Kazior, Daniel Lee, et. al, Working Group, Future Autonomous Systems Overview, Autonomy Working Group Report, 2016. 8. 12. 오현서외, 협력주행을위한 V2X 통신기술현황, 한국통신학회지 34 권 6 호, 2017. 7. 13. 진희승, 박태형, 자동차산업의 SW 안전이슈와해결과제, SPRI Issue Report 2016-016, 2017. 2017 11 10 51 (17.11) 신제 - 최종.indd 51 2017-10-24 오후 7:58:27