자율주행차의 성패를 결정할 열쇠, 센서 기술의 현황은?

[테크월드뉴스=김준혁 기자] 최근 국회 산업통상자원중소벤처기업위원회 소속 이용빈 의원이 자율주행차의 핵심 기술 중 하나인 라이다 융합산업 활성화를 주제로 간담회를 개최했다. 간담회의 목적은 자율주행차를 위한 라이다 기술 분야의 경쟁력을 제고하기 위해서였다. 이를 위해 산업통상자원부와 광주시, 현대자동차, 현대모비스, 삼성전자, SK하이닉스, LG이노텍 등 7개 대기업, 에스오에스랩, 오토엘 등 4개 라이다 제조사가 간담회에 참석했다.

실제로 자율주행차에서서 라이다를 비롯한 센서 기술의 경쟁력은 매우 중요하다. 단순히 특정 센서 하나만 발전시켜서는 완벽한 자율주행을 구현하기 어렵기 때문이다. 다시 말해 다양한 센서 기술의 융합이 중요하다. 이 같은 중요성을 정부, 그리고 업계가 알고 있기에 서로 협력해 관련 기술을 발전시키고 있는 중이다. 그렇다면 현재, 자율주행차의 성패를 결정할 센서 기술은 어디까지 발전해 있을까?

다양한 센서로 구현 중인 현재의 반자율주행 기술

오늘날 최신 자동차에는 첨단 운전자 보조 시스템, 즉 ADAS(Advanced Driver Assistance System)가 적용돼 있다. ADAS는 안전성을 동시에 높일 수 있는 첨단 기술로 평가받고 있다. 과거의 자동차 안전 기술은 수동적이었다. 즉, 사고 발생 시 탑승객이 받을 피해를 최소화하는 데 초점을 맞췄다. 그에 따라 안전벨트, 에어백, 견고한 차체 등이 개발됐다. 

그러나 오늘날의 안전 기술은 능동적이다. ADAS가 그 대표적인 경우다. 사고를 미리 감지하는 것은 기본, 운전자가 사고 상황을 인지하기도 전에 자동차가 사고 상황을 회피한다. 사고 예방 외에도 ADAS는 운전 편의성을 높여준다. 앞 차와의 거리를 스스로 조절하며 속도를 유지하고 정해진 경로를 따라 차로를 유지하며 주행을 한다. 운전자의 개입 없이 말이다. 이런 모습 때문에 ADAS는 반자율주행 기술로 불리며, 완전 자율주행을 위한 과도기적 기술로도 여겨진다. 

십수 년 전만 하더라도 상상하기 어려웠던 기술이 구현될 수 있었던 것은 다양한 센서 기술의 발달 덕분이다. 실제로 ADAS를 구현하는 데에는 수많은 센서가 필요하다. 평소 주차 시에 많은 도움을 받는 초음파 센서와 카메라는 기본, 레이더라는 첨단 센서까지 사용한다. 초음파 센서는 이미 수십 년 동안 발전해온 기술이기 때문에 정밀도와 안정성이 검증됐다. 카메라 기술 역시 마찬가지다. 사물 인식 범위와 정확도 면에서 과거와는 비교할 수 없을 만큼 발전했다.

레이더의 경우 현재의 ADAS를 구현하는 데 매우 중요한 센서 중 하나다. 극초단파를 발사해 물체에 반사되는 전자기파를 수신하는 것이 레이더의 기본 원리다. 이 때 수신되는 시간을 통해 물체와의 거리, 방향 등을 파악할 수 있다. 파장이 짧은 전자기파를 이용하기 때문에 정밀도나 해상도가 높은 것이 레이더의 특징이다. 다만 레이더의 유효 거리는 200m로 썩 길지 않은 편이다. 따라서 ADAS의 핵심 기능 중 하나인 어댑티브 크루즈 컨트롤, 긴급 제동 시스템을 구현하는 데 레이더가 적극 활용되고 있다. 

미래 자율주행 구현의 핵심 센서 기술, 라이다

그러나 현재의 센서 기술의 과거보다 발전했다 하더라도 완벽한 자율주행을 구현하는 데에는 한계가 있다. 가장 큰 이유는 센서의 인식 범위가 짧기 때문이다. 반자율주행 기술인 ADAS 구현의 핵심 센서인 레이더의 경우 최대 인식 거리가 200m 내외다. 복잡한 교통 흐름 속에서 고속으로 달려야 하는 자율주행차가 주변을 인식하기에는 짧은 범위다. 그래서 필요한 센서 기술이 바로 라이다다. 

라이다의 기본 원리는 레이더와 비슷하다. 그러나 주변을 인식하기 위해 사용하는 파장이 다르다. 레이더에 사용되는 극초단파보다 파장이 긴 레이저나 빛을 사용한다. 레이더에 비해 상대적으로 먼 거리를 인식할 수 있지만, 상대적으로 저속에서만 유용하다는 한계가 있었다. 그러나 최근에는 이 라이다 기술의 발전 속도가 빨라지고 있다. 주로 앞 범퍼나 앞유리에 적용하던 라이더의 위치를 바꾸기 시작한 덕분이다. 예컨대 지붕 상단에 라이다를 적용하는 방식이다.

실제로 최근 3단계 수준의 자율주행 기술을 구현하는 최신 자동차를 보면 앞유리와 지붕이 만나는 지점에 전에 없던 구조물이 설치된 것을 볼 수 있다. 여기서 말하는 3단계 자율주행이란, 고속도로 같은 일부 조건에서 자동차가 직접 운전하는 것을 의미한다. 

자동차 제조사들이 공력 성능과 디자인을 포기하면서까지 이런 구조물을 설치하는 것은 라이다 때문이다. 인식 범위와 정확성을 높이기 위해 자동차 최상단부에 라이다를 높이 설치하고 있는 것이다. 그 결과, 최신 라이다는 초당 1,000회 이상 전방 물체를 감지할 수 있고 인식 범위도 300m 내외로 확대 됐다. 

센서 융합 기술에서 앞서 나가는 대한민국

물론, 현재 사람이 운전하는 것만큼 또는 그 이상의 완벽한 자율주행 구현을 위해서는 한두 가지의 센서 기술 발전만으로는 어렵다. 지금까지 개발된 모든 센서를 완벽히 통합하고 센서로부터 수집되는 데이터를 분석하고 처리하는 기술 또한 중요하다. 그래서 필요한 것이 바로 센서 융합 기술이다. 

센서 융합 기술이 필요한 또 다른 이유는 각 센서별 장단점이 뚜렷하기 때문이다. 예컨대 라이다의 경우, 사물과의 거리를 측정해 주변의 모습을 정밀하게 그려낼 수 있다. 하지만 카메라처럼 사물의 정확한 형태나 색은 구분하지 못한다. 이런 이유 때문에 각 센서의 데이터를 취합하고 분석하는 센서 융합 기술이 필요하다. 

최근 이 센서 융합 기술에서 대한민국이 크게 두각을 나타내고 있다. 특허청이 지난 5월 초 발표한 자료에 따르면 최근 5년(2016~2020년)간 특허분야 선진 5개국(IP5)에 특허출원된 자율주행차의 카메라·라이다 센서 융합 기술을 분석한 결과 한국이 세계 2위를 차지한 것으로 나타났다. 1위는 338건이 출원된 미국이었으며 한국은 129건을 기록했다. 

자율주행차를 위한 센서 융합 기술의 특허 출원은 매년 33.6%의 증가율을 보일 정도로 활발한 기술 개발이 진행 중이다. 대만한국은 2016년 14건, 2017년 12건, 2018년 13건, 2019년 35건, 2020년 55건을 출원해 연평균 증가율이 40.8%로 가장 높았다. 

물론 높은 특허 출원수가 기술의 완성도를 의미하는 것은 아니다. 실제로 우리나라의 자율주행 기술 개발은 아직 세계적인 수준에 미치지 못하는 것이 사실이다. 그러나 2027년 4단계의 완전 자율주행 상용화를 위해 정부와 업계가 협력 중이다. 주목할 만한 것은 국내 기업들의 반자율주행 기술이 이미 세계적인 수준에 올랐다는 점이다. 

최근 출시된 기아의 최신 전기 SUV, EV9의 경우 국내 최초로 3단계 자율주행 기술을 올해 3분기에 선보일 예정이다. 현 시점에서 3단계 자율주행 기술을 선보이는 제조사가 손에 꼽을 만큼 적다는 것을 고려하면 국내 업체들의 기술 수준이 세계적인 수준이라는 것을 알 수 있다. 따라서 지금까지 출원된 많은 특허 기술을 기반으로 현재의 기술이 더해진다면 미래 자율주행 시대를 선도하는 대한민국의 모습을 기대해봐도 좋을 것이다.