2019 NXP CUP 자율주행차량 경주대회 예선 참관기

전세계에서 모인 24개 팀의 학생들이 NXP CUP의 6차 예선전을 치르기 위해 독일의 키르히하임 버 뮌헨(Kirchheim bei München) 체육관에서 모여 들었다. 각 팀의 학생들은 대회에 참가하기 위해 스타터 키트를 바탕으로 각자 직접 개조한 1/18 크기의 자동차 모델을 서로 비교하고, 상대 팀을 탐색하며 대회 시작을 준비했다. 이 대회는 이탈리아, 독일, 영국, 북아프리카, 동유럽 등 다양한 팀들이 참여하며 명실상부한 국제 대회로서의 면모를 갖추고 있었다.

대회가 열리던 날은 운이 좋게도, 3월말 독일 특유의 날씨답게 꽤 흐렸다. 이렇게 흐린 날씨는 사실 이런 초소형 차량들의 자율주행에 매우 좋은 조건이다. 실제로 날이 맑았던 작년 대회의 경우, 체육관 창문을 통해 들어오던 밝은 햇살과 강한 그림자로 차량의 센서와 자율주행 알고리즘들이 예기치 않은 문제들을 일으킨 바 있었기 때문이다.

이 대회에 참여한 24개 팀 중 오직 4개 팀만이 독일 얼랑겐(Erlangen)의 프라운호퍼(Fraunhofer) IIS 연구소에서 열리는 결승에 참여할 수 있는 자격을 얻게 된다. 또한 결승에서 우승한 팀은 유럽중동(EMEA) 챔피언으로써, 6월 12일부터 13일에 걸쳐 캘리포니아 산타클라라에서 열리는 NXP 컨넥트(Connects)에 무료로 참석할 수 있는 기회를 얻을 수 있었다.

이번에 개최된 2019 EMEA NXP CUP에는 고등학교와 대학교의 학생들로 구성된 150개의 팀이 각지에서 참여했다. 각 팀들은 소형 모형 자동차를 개조해 정밀 주행이 가능한 자율주행 프로그램을 개발하기 위해 고군분투했다. 이번 대회에서 NXP는 자동차 경주 대회가 주는 가장 큰 즐거움인 속도 경쟁 외에도 참가한 학생들의 개발 경험이 다양한 기술 영역으로 확장될 수 있도록 하기 위해 장애물 회피, 속도 제어 존, 8자형 도로 정밀 주행 등의 요소를 도입했다.

NXP CUP에 참여한 경주용 차량들

각 경주용 차량에 제공된 기본 키트는 추진을 위한 한 쌍의 DC 브러쉬 모터, 조향을 위한 디지털 서보 모터, 전력제어 인터페이스 그리고 모터와 주행 조정을 위한 Kinetis L ARM 코어텍스(Cortex-M0) 마이크로 컨트롤러 기반의 NXP의 FRDM-KL25Z 보드로 구성됐다. 또한 단순화된 CMOS 128비트 라인 스캔 카메라도 흑백 트랙 위의 각종 사인과 트랙 코스를 감지할 수 있도록 기본 패키지로 제공됐다. 이외에 차량의 동력원으로는 2500mAh, 7.2V의 니켈-카드뮴(NiCd) 배터리가 온 보드 형태로 제공됐다.

마우저 일렉트로닉스(Mouser Electronics)는 해당 대회의 주요 스폰서 기업들과 함께 참여했는데, 대회에 참여한 학생들이 경주용 차량의 성능을 향상 할 수 있도록 추가 키트를 제공했다. 예를 들면, OSEPP의 초음파 센서, NXP의 LPC4330 마이크로컨트롤러가 장착된 Pixy 2 유닛 기반의 고급 CMOS 등이 제공됐다.

각 팀들은 엠베드(Mbed), 매스웍스(Mathworks)의 매트랩/시뮬링크(Matlab/Simulink) 또는 MCUXpresso와 같은 IDE(Integrated Development Environment)를 기반으로 차량들이 다른 상황과 환경에 대처할 수 있도록 프로그램을 개발하거나 플랫폼을 디버깅해야 했다.

대회 하이라이트

뮌헨 대학교의 응용과학과 학생들로 구성된 현지 팀인 ‘희망의 가속기 2000(Hoibnbeschleuniger 2000)'은 NXP의 ARM iMX6Q 1GB 마이크로 프로세서의 이미지 처리 기능과 머신 비전을 위한 OV5640 직렬 카메라, FRDM-KL25Z 기반 모터 제어의 효율성을 결합해 차량의 기술적 한계를 끌어올리기로 결정했다. 그런데 여기서 문제가 발생했다. 스탠다드 MCU를 사용하는 차량들의 경우에는 차량의 전원을 넣자마자 바로 구동이 가능했으나 이 팀은 차량을 부팅하고 임베디드 리눅스 시스템을 가동하기 위해 수 초씩을 기다려야만 했던 것이다. 팀은 차량 내의 모든 부품과 드라이브가 제대로 인터페이스할 수 있도록 문제를 수정해야 했는데, 원하는 성능을 구현하기에는 개발 시간이 충분치 않았고 결국 좋은 성적을 내지 못했다. 그러나 그들의 도전은 이것이 끝이 아니었다. 그들은 보다 나은 패키지 매니저와 드라이브를 갖춘 Yocto 프로젝트 플랫폼을 활용해서 다음 NXP CUP EMEA 대회를 노리겠다고 밝혔다.

이 대회에서 가장 눈 길을 끈 팀은 코소보의 수도인 프리슈티나에서 참여한 팀이었다. BRK라는 이름의 이 팀은 작년 11월 일렉트로니카(Electronica) 전시회에서 우연히 NXP 부스를 방문하게 됐고 NXP CUP에 대한 이야기를 듣고 참여를 결정하게 됐다고 했다. 프리슈티나 대학교 학생들로 구성된 이 팀은 지난 수 개월 간 연구를 거듭한 끝에 4가지 주요한 문제에 대한 기술 검증이 최우선이라고 판단했다.

우선, 이들은 정밀 주행을 위한 하이엔드 알고리즘을 개발해 차량의 최대한 많은 부분들을 제어 하는데 주력했다. 뿐만 아니라 서보 자체의 전자 장치에 의존하지 않고, NXP의 H-Bridge를 추가해 조향 서보를 제어할 수 있도록 했다. 이를 통해 서보의 포지셔닝에 대해 매우 정확한 판독값을 얻을 수 있었고, 매우 정밀한 조향을 할 수 있게 됐다. 가장 주목할 만한 작업은 차량이 트랙을 벗어 나지 않고 가로, 세로, 높이 20cm의 흰색 폴리스티렌 상자 장애물 회피해야 하는 과정에서 이뤄졌다. 이를 위해 팀은 초음파 센서와 같은 몇 가지 대안들을 검토했으나, 최종적으로 자유형 보드에 인터페이스된 Slamtec A2 RPLIDAR를 UART 포트에 연결해 활용하기로 결정했다. 이를 통해 차량 주변의 환경에 대해 정확한 정보를 수집할 수 있었다. 뿐만 아니라 이런 LiDAR 기능은 속도 경쟁을 하는 과제에서는 불필요한 무게가 될 수 있기 때문에 탈부착이 가능하도록 설계했다. 이를 통해 장애물 코스에서 발생할 수 있는 차량의 파손 문제를 해결하는 동시에 고속주행 시에는 차선 탐지를 위한 기본형 CMOS 카메라만을 사용해 차체를 경량화해 속도를 향상 시키는 결과를 얻을 수 있었다. 이 팀은 EMEA 결승전에서는 트랙의 선로를 탐지하는 알고리즘을 더욱 더 고도화 시켜 경쟁력을 더욱 강화하겠다고 밝혔다.

경주 결과

금번에 열린 키르히하임 예선전은 각 팀이 각축을 벌인 끝에, 앞서 언급했던 BRK팀이 1위를 차지했다. 뒤를 이어 데겐도르프 DIT에서 출전한 K팀이 2위, 독일 란츠후드(Landshut) 응용과학대의 코알라레이스팀이 3위, 이탈리아 밀라노 대학의 MIDI-Umni팀이 4위를 차지하며 마무리 됐다.

글 I 플라비오 스티판(Flavio Stiffan) 

플라비오 스티판은 1989년 반도체 업계에 입문한 이래 전 세계의 주요 반도체 프로젝트에서 프로젝트 매니저로 활동하고 있다. 그는 코넬대학교에서 컴퓨터 공학 석사 학위를 수여 받았으며, 동 대학교에서 MBA를 수료한 바 있다. 2016년에 독일에서 스티판 컨설팅 회사를 설립하고 프리랜서로 마케팅 및 제품 개발, 전략 분야 컨설턴트로 활약하고 있다.