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자율주행시스템 둘러보기ㅣ자율주행차 톺아보기ㅣ정소영(차세대융합기술연구원) [토요과학강연#9-1부]

자율주행 기술은 운전자의 조작 없이 차량 스스로 주변 상황을 판단하여 주행하는 혁신적인 이동 수단을 의미합니다. 최근 우리 주변에서는 경기도 판교의 '제로셔틀'과 같이 실제 도로 위에서 정기적으로 운행되는 자율주행 사례를 점차 흔하게 찾아볼 수 있게 되었습니다. 이러한 자율주행차가 탑승자의 안전을 책임지며 주행하기 위해서는 차량에 탑재된 수많은 센서로부터 수집되는 방대한 데이터를 실시간으로 분석하고 판단하는 고도의 시스템 구축이 무엇보다 중요하며, 이는 미래 모빌리티 산업의 핵심적인 기술적 토대이기도 합니다. 자율주행 시스템의 전체적인 구조는 크게 센싱, 인지, 의사결정의 세 가지 단계로 구분할 수 있습니다. 차량은 다양한 장비를 통해 외부 정보를 받아들이고, 이를 바탕으로 장애물을 인식하거나 앞으로의 이동 경로를 세밀하게 계획합니다. 또한 차선 단위의 정밀한 움직임을 구현하기 위해 센티미터 수준의 오차만을 허용하는 고정밀 지도를 활용하기도 합니다. 이 과정에서 발생하는 엄청난 데이터 용량을 처리하기 위해 클라우드 플랫폼과 실시간으로 통신하며 필요한 정보를 주고받는 유기적인 체계를 갖추어 최적의 안전 주행 환경을 조성합니다. 위치 인식의 핵심인 GPS는 일반적인 환경에서 수 미터의 오차가 발생할 수 있습니다. 이를 극복하기 위해 기준국을 활용하는 RTK 시스템을 도입하여 정밀도를 센티미터급으로 높여야 합니다. 하지만 고속 주행 시에는 GPS 신호의 갱신 속도만으로는 실시간 위치를 추적하기에 한계가 있으므로, 초당 수백 번의 데이터를 생성하는 관성 측정 장치(IMU)를 병행하여 사용합니다. 두 센서의 장점을 결합하고 수치적인 오차를 보정함으로써 자율주행차는 자신이 도로 위 어디에 있는지 확률적으로 매우 정확하게 계산해 낼 수 있는 능력을 갖추게 됩니다. 자율주행차는 주변의 장애물과 지형지물을 파악하기 위해 다각적인 센싱 기술을 활용합니다. 특히 3차원 공간 정보를 수집하는 장비는 자기 위치 인식뿐만 아니라 고정된 건물이나 이동 중인 보행자를 인식하는 데 큰 역할을 수행합니다. 또한 색상을 식별할 수 있는 광학 장치는 신호등의 상태나 도로 위의 표지판 정보를 읽어 들여 안전한 주행을 보조합니다. 이러한 복합적인 정보는 차량 내부의 전용 통신망을 통해 실시간으로 공유되며, 복잡한 도심 도로 위에서도 시스템이 지연 없이 안정적으로 차량을 제어할 수 있도록 만드는 핵심적인 동력이 됩니다. 자율주행 기술의 구현 방식은 기업의 철학에 따라 라이다(LiDAR) 기반과 카메라 기반으로 나뉩니다. 많은 연구 기관과 기업들은 정밀한 3D 데이터 확보를 위해 라이다(LiDAR)를 주요 센서로 채택하지만, 테슬라와 같은 일부 제조사는 인간의 시각 능력을 모방한 카메라 기반의 컴퓨터 비전을 중점적으로 발전시키고 있습니다. 이러한 기술적 다양성은 자율주행의 완성도를 높이는 동력이 됩니다. 아울러 공개된 다양한 오픈 데이터셋은 미래의 연구자들이 자율주행 알고리즘을 연구하고 직접 시스템을 구현해 볼 수 있는 훌륭한 학습의 토대를 제공하고 있습니다.

서울시립과학관[과학강연] 21년 토요과학강연

융합

왜 비행기 위탁수하물에는 배터리를 넣을 수 없을까? - Slog #12

11월 중순 프랑스에서 개최되는 제26차 국제도량형총회(CGPM)에 참석하기 위한 긴 여정이 시작되었습니다. 이번 여정은 단순한 방문을 넘어 과학적 정의의 역사적 변화를 직접 기록하기 위한 과정으로, 베이징을 경유하여 파리로 향하는 비행길에 올랐습니다. 기내에서는 다가올 강연을 위한 콘티와 스크립트를 작성하며 시간을 보냈고, 잠시 머문 베이징 공항에서도 새로운 풍경을 마주하며 과학적 호기심을 이어갔습니다. 도량형의 역사가 새롭게 쓰이는 순간을 목격하러 가는 길은 과학 커뮤니케이터로서 설렘과 긴장감이 공존하는 특별한 경험이었습니다. 항공 여행 중 리튬 이온 배터리의 위탁 수하물 반입이 엄격히 제한되는 현상 뒤에는 중요한 과학적 안전 원리가 숨어 있습니다. 리튬 이온 배터리는 급격한 온도 변화나 기압 저하가 발생하는 환경에서 자칫 스파크를 일으키며 폭발할 위험을 내포하고 있습니다. 만약 기내에 휴대하고 있다면 화재 발생 시 승무원의 도움을 받아 즉각적인 조치가 가능하지만, 수하물 칸에서 폭발이 일어날 경우 손을 쓸 수 없는 대형 사고로 이어질 가능성이 큽니다. 이러한 이유로 고용량 배터리는 반드시 사용자가 직접 관리할 수 있는 휴대 수하물로만 허용되는 것입니다. 스마트폰 카메라의 기술적 완성도가 높아졌음에도 불구하고, 전문적인 촬영을 위해 무거운 카메라를 선택하는 데에는 물리적인 이유가 있습니다. 이는 바로 빛을 받아들이는 이미지 센서 크기의 차이에서 기인합니다. 아무리 뛰어난 소프트웨어 보정 기술을 활용하더라도, 광학적으로 렌즈를 통해 들어오는 물리적인 광량의 차이를 완벽히 구현하기는 어렵습니다. 이미지 센서 면적이 넓을수록 더 많은 시각 정보를 데이터화할 수 있으며, 이는 결과물의 해상도와 깊이감에서 본질적인 차이를 만들어냅니다. 고화질의 영상을 위해서는 하드웨어의 물리적 한계를 극복하는 것이 필수적입니다. 특히 빛이 부족한 저조도 환경에서는 이미지 센서 크기에 따른 화질의 차이가 더욱 극명하게 드러나게 됩니다. 밝은 장소에서는 조리개를 조여도 충분한 빛을 확보할 수 있어 차이가 작아 보일 수 있지만, 어두운 환경에서는 조리개를 최대한 개방하여 이미지 센서 면적을 효율적으로 활용해야 합니다. 이때 작은 이미지 센서는 충분한 빛의 입자를 수용하지 못해 노이즈가 발생하거나 디테일이 뭉개지는 현상이 나타납니다. 과학적으로 볼 때 넓은 이미지 센서 면적을 확보하는 것은 어둠 속에서도 선명한 기록을 남기기 위한 가장 확실한 방법이며, 이것이 전문가들이 큰 이미지 센서를 선호하는 본질적인 이유입니다. 긴 비행 끝에 도착한 파리의 샤를 드 골 공항에서 숙소로 향하는 길은 현지의 대중교통인 RER 노선을 이용했습니다. 낯선 환경과 도난에 대한 걱정으로 긴장된 마음도 있었지만, 예상보다 편리한 환승 체계와 쾌적한 지하철 환경 덕분에 무사히 목적지에 도달할 수 있었습니다. 어두운 밤거리를 지나 도착한 숙소는 고단한 하루를 마무리하기에 충분히 아늑했으며, 창밖으로 보이는 파리의 풍경은 여정의 첫날을 평화롭게 장식해 주었습니다. 과학적 탐구를 위해 떠나온 이번 여정은 현지의 일상 속으로 스며들며 본격적인 기록의 시작을 알렸습니다.

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