[기술] 자율주행 정의, 단계 및 원리 와 장단점, 문제점 정리

 

자율주행이란?

 

자율주행은 운전자가 개입 없이 차량이 스스로 주변 환경을 인식하고, 주행 상황을 판단하며, 목적지까지 안전하게 이동하는 기술을 말합니다.

쉽게 말해, 운전대를 잡지 않고도 자동으로 차를 운전하는 기술이라고 생각하면 됩니다.

자율주행 기술은 크게 인공지능, 센서, 컴퓨터 3가지 기술로 이루어져 있습니다.

• 인공지능: 주변 환경을 인식하고, 상황을 판단하며, 최적의 주행 경로를 계획하는 역할을 합니다.
• 센서: 레이더, LiDAR, 카메라 등 다양한 센서를 통해 주변의 물체를 감지합니다.
• 컴퓨터: 인공지능 알고리즘을 실행하고, 센서로부터 수집된 데이터를 분석하며, 차량을 제어하는 역할을 합니다.

자율주행 기술은 아직 개발 초기 단계이지만, 미래 자동차 산업의 핵심 기술로 떠오르고 있습니다. 자율주행 기술이 실현되면, 교통 사고 감소, 교통 체증 완화, 이동 시간 단축, 새로운 모빌리티 서비스 등 다양한 긍정적인 효과를 기대할 수 있습니다.

현재 자율주행 기술은 5단계로 구분됩니다.

• 0단계: 운전자의 도움 없이 작동하는 기능이 없음
• 1단계: 운전자 지원 기능 (예: 차선 유지 지원, 자동 주차)
• 2단계: 부분적 자동 운전 (예: 고속도로 주행 시 운전자 개입 없이 자동 운전)
• 3단계: 조건부 자동 운전 (특정 환경에서 운전자 개입 없이 자동 운전)
• 4단계: 고도로 자동 운전 (대부분의 상황에서 운전자 개입 없이 자동 운전)
• 5단계: 완전 자동 운전 (모든 상황에서 운전자 개입 없이 자동 운전)

현재 대부분의 자율주행 차량은 2단계 또는 3단계 수준의 기술을 갖추고 있습니다. 하지만, 기술 발전과 더불어 향후 몇 년 안에 4단계 또는 5단계 수준의 자율주행 기술이 실현될 것으로 예상됩니다.

자율주행 기술은 아직 많은 기술적, 법적, 윤리적 문제를 해결해야 합니다. 하지만, 성공적으로 실현된다면 우리 삶에 큰 변화를 가져올 혁신적인 기술이 될 것입니다.

 

자율주행의 원리

자율주행은 크게 인지, 판단, 제어라는 세 단계로 이루어집니다.

1. 인지

자율주행 자동차는 센서와 카메라를 통해 주변 환경을 인지합니다.

• 레이더: 레이더는 전자파를 발사하여 물체를 감지하고 거리를 측정합니다. 밤이나 악천후에서도 작동하는 장점이 있지만, 해상도가 낮고 다른 물체의 전자파 간섭을 받을 수 있다는 단점이 있습니다.
• LiDAR: LiDAR는 레이저를 발사하여 물체를 감지하고 거리를 측정하며, 3D 영상 정보를 생성합니다. 레이더보다 해상도가 높고 정확하지만, 가격이 비싸고 사거리가 짧다는 단점이 있습니다.
• 카메라: 카메라는 가시광선 영상을 캡처하여 주변 물체를 인식하고, 도로 상황을 파악합니다. 사람의 눈과 유사한 기능을 하지만, 밤에는 작동하지 않고 악천후에 영향을 받을 수 있다는 단점이 있습니다.

이렇게 수집된 정보는 인공지능 알고리즘에 의해 분석되어 주변 환경에 대한 이해도를 높입니다.

2. 판단

자율주행 자동차는 인지된 정보를 바탕으로 주행 상황을 판단하고, 최적의 주행 경로를 계획합니다.

• 위치 파악: GPS와 관성 측정 장치(IMU)를 사용하여 자신의 위치를 정확하게 파악합니다.
• 주변 상황 판단: 레이더, LiDAR, 카메라로부터 수집된 정보를 분석하여 주변 차량, 보행자, 자전거, 도로 표시선, 신호등 등을 인식하고, 그들의 위치, 속도, 방향 등을 파악합니다.
• 위험 예측: 인공지능 알고리즘을 사용하여 잠재적인 위험 요소를 예측하고, 사고를 방지하기 위한 조치를 취합니다.
• 경로 계획: 목적지까지의 최적의 주행 경로를 계획합니다. 여기에는 교통 상황, 도로 제한, 신호등 위치 등을 고려합니다.

3. 제어

자율주행 자동차는 계획된 경로를 따라 안전하게 주행하기 위해 엔진, 브레이크, 조향 장치 등을 제어합니다.

• 엔진 제어: 목적 속도를 유지하고, 가속 또는 감속을 제어합니다.
• 브레이크 제어: 앞 차와의 안전 거리를 유지하고, 신호등이나 횡단보도에서 정지하기 위해 브레이크를 제어합니다.
• 조향 제어: 계획된 경로를 따라 방향을 조절합니다.

이렇게 인지, 판단, 제어 과정을 통해 자율주행 자동차는 운전자의 개입 없이 스스로 주변 환경을 인식하고, 안전하게 목적지까지 이동할 수 있습니다.

 

자율주행의 장단점

장점

• 안전성 향상: 인간의 실수로 인한 사고가 감소할 것으로 예상됩니다. 통계청에 따르면, 2021년 대한민국에서 발생한 교통사고 사망자는 2,590명으로, 그 중 운전자의 과실이 원인인 사고는 76.2%에 달했습니다. 자율주행 자동차는 인간의 피로, 주의 산만, 감정 등으로 인한 실수를 없앨 수 있기 때문에 사고율을 크게 줄일 수 있는 가능성이 높습니다.
• 교통 체증 완화: 자율주행 자동차는 서로 간의 정보를 공유하고 협력하여 최적의 주행 경로를 선택할 수 있기 때문에 교통 체증을 완화할 수 있습니다. 또한, 신호등 제어 시스템을 개선하여 불필요한 대기 시간을 줄일 수도 있습니다.
• 이동 시간 단축: 위와 같은 이유로 이동 시간이 단축될 수 있습니다. 특히, 출퇴근 시간대나 주말 레저 여행 때 교통 체증으로 인한 시간 낭비를 줄일 수 있을 것으로 기대됩니다.
• 새로운 모빌리티 서비스: 자율주행 기술은 새로운 모빌리티 서비스의 발전을 가능하게 합니다. 예를 들어, 자율주행 택시, 무인 배송, 이동 사무실 등 다양한 서비스가 등장할 수 있습니다. 이는 사람들의 이동 방식을 혁신하고, 새로운 일자리 창출에도 기여할 것으로 예상됩니다.
• 환경 오염 감소: 자율주행 자동차는 인간 운전자보다 더 효율적으로 운전할 수 있기 때문에 연료 소비를 줄이고, 온실 가스 배출량을 감소시킬 수 있습니다.
• 편의성 향상: 운전자가 직접 운전하지 않아도 되기 때문에, 이동 시간 동안 다른 업무를 처리하거나 휴식을 취할 수 있습니다. 또한, 노약자, 장애인 등 운전이 어려운 사람들에게도 이동의 자유를 제공할 수 있습니다.

단점

• 기술적 문제: 자율주행 기술은 아직 개발 초기 단계이며, 안전성과 신뢰성을 확보하기 위해서는 해결해야 할 기술적 과제가 많습니다. 예를 들어, 악천후, 복잡한 도로 환경, 예상치 못한 사고 상황 등에서 안전하게 작동할 수 있는 기술이 필요합니다. 또한, 해킹에 대한 우려도 존재합니다.
• 법적 문제: 자율주행 자동차의 도로 운행을 허용하기 위해서는 관련 법규를 제해야 합니다. 예를 들어, 사고 발생 시 책임 소재를 명확하게 하고, 윤리적 문제를 해결하기 위한 법적 틀을 마련해야 합니다.
• 윤리적 문제: 자율주행 자동차는 사고 발생 시 어떤 판단을 내려야 하는지에 대한 윤리적 문제를 야기합니다. 예를 들어, 사고를 피하기 위해 인간을 희생해야 하는 상황이 발생할 경우, 어떻게 판단해야 하는지에 대한 명확한 기준이 필요합니다.
• 일자리 감소: 자율주행 기술이 보편화되면 운전자, 택시 기사, 트럭 기사 등 운송 관련 일자리 감소가 우려됩니다. 이에 따른 사회적 안전망 마련이 필요합니다.
• 비용 문제: 자율주행 자동차는 개발 및 생산 비용이 높습니다. 따라서 초기에는 일반 소비자들이 구매하기 어려울 것으로 예상됩니다.

 

자율주행의 문제점

자율주행은 첨단 기술로서 우리 삶에 큰 변화를 가져올 잠재력이 있지만, 아직 해결해야 할 문제점들이 많습니다. 기술적인 한계, 명확하지 않은 법규, 윤리적 딜레마, 경제적 부담 등 다양한 측면에서 자율주행 기술의 발전을 저해하는 요인들이 존재합니다.

 

1. 기술적인 문제점: 안전성 확보가 핵심 과제

• 악천후 대응: 빗방울, 눈, 안개 등 악천후 상황에서 센서 인식 오류와 제어 시스템 오작동 가능성이 높아 안전에 위협이 될 수 있습니다.
  • 해결 방안: 다양한 센서 데이터 융합 및 인공지능 기반 환경 인식 알고리즘 개발, 악천후 상황에서도 안정적인 작동을 위한 시스템 redundency 구축
• 복잡한 도로 상황 대응: 예상치 못한 도로 공사, 급격한 차선 변경, 불규칙적인 보행자 등장 등에 대한 적응력 부족으로 인해 사고 위험이 증가할 수 있습니다.
  • 해결 방안: 실제 도로 상황 데이터 기반 시뮬레이션 학습 및 강화 학습을 통한 상황 대응 능력 향상, 주변 차량 및 보행자와의 실시간 정보 공유 및 협력 운행 시스템 구축
• 사고 발생 시 책임 소재 불분명: 자율주행 시스템, 자동차 제조업체, 소유자, 운전자 중 누구의 책임인지 명확하지 않아 법적 분쟁과 책임 소재 문제가 발생할 수 있습니다.
  • 해결 방안: 국제적인 자율주행 자동차 관련 법규 및 기준 마련, 사고 발생 시 책임 소재를 명확하게 하는 '블랙박스' 데이터 기록 및 분석 시스템 구축
• 사이버 공격 취약성: 해킹 공격으로 인해 시스템 오작동 및 조작 가능성이 존재하여 안전에 심각한 위협이 될 수 있습니다.
  • 해결 방안: 차량 운영 시스템 및 네트워크 보안 강화, 침투 감지 및 방지 시스템 구축

2. 법적 문제점: 명확한 규제와 책임 소재 마련이 필수

• 자율주행 자동차 도로 운행 허용 관련 법규 미제정: 대부분의 국가에서 아직 명확한 법적 기준이 마련되지 않아 자율주행 자동차의 상용화를 저해하고 있습니다.
  • 해결 방안: 국제적인 자율주행 자동차 관련 법규 및 기준 마련, 각 국가별 도로 환경 및 상황 고려한 자율주행 자동차 운행 규제 완화
• 사고 발생 시 책임 소재 불분명: 민법 및 형법상 책임 규정이 모호하여 사고 발생 시 책임 소재를 명확하게 판단하기 어렵고 법적 분쟁이 발생할 수 있습니다.
  • 해결 방안: 자율주행 자동차 사고 관련 민형법 책임 규정 마련, 사고 발생 시 책임 소재를 명확하게 하는 사고 조사 및 분석 절차 구축
• 개인정보 보호 문제: 주변 환경 인식 및 운행 데이터 수집으로 인한 개인정보 침해 우려가 높아 사회적 논란이 예상됩니다.
  • 해결 방안: 개인정보 보호법 개정 및 강화, 익명화 및 암호화 기술을 통한 데이터 보안 강화

 

자율주행의 윤리적 문제

자율주행 기술은 미래 사회에 큰 변화를 가져올 잠재력이 있지만, 동시에 심각한 윤리적 문제들도 제기합니다. 단순히 기술적인 완성도를 넘어, 인간의 가치와 사회적 책임에 대한 고민이 필수적입니다.

 

1. 사고 발생 시 책임 소재 및 판단 기준

• 책임 소재 불분명: 자율주행 시스템, 자동차 제조업체, 소유자, 운전자 중 누구의 책임인지 명확하지 않아 사고 발생 시 책임 소재를 판단하는데 어려움을 겪을 수 있습니다.
  • 해결 방안:
    • 국제적인 자율주행 자동차 관련 법규 및 기준 마련
    • 사고 발생 시 책임을 명확하게 판단할 수 있는 '블랙박스' 데이터 기록 및 분석 시스템 구축
    • 인공지능 시스템의 책임 판단 기준 마련에 대한 국제적 논의 및 합의 필요
• 윤리적 판단 기준 부족: 사고 발생 시 인간과 자전거를 동시에 위험하게 인식하는 경우 어떤 판단을 해야 하는지 명확한 기준이 없어 윤리적 딜레마가 발생할 수 있습니다.
  • 해결 방안:
    • 다양한 윤리적 가치관을 반영한 시뮬레이션 기반 윤리적 판단 시스템 개발
    • 사고 발생 시 윤리적 판단 기준 마련 및 공개 토론을 통한 사회적 합의 도출
    • 인공지능 시스템의 윤리적 판단 능력 향상 연구 필요

2. 개인정보 보호 문제

• 주변 환경 인식 및 운행 데이터 수집: 자율주행 자동차는 주변 환경을 인식하기 위해 방대한 양의 데이터를 수집하며, 이는 개인의 위치, 이동 경로, 운전 습관 등을 파악하는데 악용될 수 있습니다.
  • 해결 방안:
    • 개인정보 보호법 개정 및 강화
    • 익명화 및 암호화 기술을 통한 데이터 보안 강화
    • 개인정보 수집 및 활용에 대한 투명성 확보 및 명확한 동의 절차 마련

3. 일자리 감소 우려

• 운송 관련 일자리 감소: 자율주행 기술이 발전하면 운전자, 택시 기사, 트럭 기사 등 운송 관련 일자리 감소가 우려됩니다.
  • 해결 방안:
    • 자율주행 관련 신규 일자리 창출 및 교육 훈련 프로그램 마련
    • 사회 안전망 구축 및 사회적 약자 지원 강화
    • 변화하는 노동 시장에 적응할 수 있도록 사회 전반적인 교육 및 지원 시스템 구축

4. 인간 통제 상실 문제

• 기술에 대한 과도한 의존: 자율주행 기술에 대한 과도한 의존은 인간의 운전 능력 저하와 위험 상황 대처 능력 감소로 이어질 수 있습니다.
  • 해결 방안:
    • 자율주행 시스템의 한계를 인지하고 비상 상황 시 인간의 개입을 가능하게 하는 시스템 설계
    • 운전자 교육 및 훈련 프로그램 강화를 통한 인간의 운전 능력 유지 및 위험 상황 대처 능력 향상
    • 인간과 인공지능 시스템의 협력 체계 구축

5. 사회적 책임 및 규제 문제

• 자율주행 기술의 사회적 영향 평가 부족: 자율주행 기술이 사회 전반에 미치는 영향에 대한 충분한 평가와 논의가 부족합니다.
  • 해결 방안:
    • 자율주행 기술의 사회적 영향에 대한 심층적인 연구 및 평가 실시
    • 다양한 이해관계자(정부, 기업, 시민단체 등) 참여를 통한 사회적 논의 활성화