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초고속, 초연결 시대의 차세대 교통을 만드는 나노기술

SW중심사회 KISTI의 과학향기 2018-11-19 362명 읽음

자동차를 타고서 운전은 신경 쓰지 않고 영화를 보거나 노트북으로 업무를 보는 일이 이제 머지않았다. 현대기아자동차, GM, BMW 같은 전통적인 자동차 제조업체는 물론 구글, 애플, 테슬라, 우버 같은 테크 기업에서도 자율주행차의 상용화를 목표로 연구에 박차를 가하고 있다. 골드만삭스는 10년 내에 자율주행차가 상용화될 것이며, 2025~2030년에 자율주행차가 전체 자동차 판매량의 20%를 차지할 것이라고 전망했다.

 

그렇다면 SF영화에서나 보던 완전 자율주행차가 현실화되기 위해 필요한 요건에는 뭐가 있을까? 그리고 어떤 기술이 이를 해결할 수 있을까?

 

완벽한 자율주행차를 만들려면? 5G를 통한 초고속, 초저지연, 초연결

 

운전자와 보행자의 안전을 보장하고 목적지까지 무사히 안내하는 완벽한 자율주행차를 실현하려면 무엇보다 정보를 빠르게 교환하는 것이 필요하다. 자율주행차는 교통상황에 대한 모든 정보를 초고속으로 주고받아야 한다. 그래야 어떤 돌발상황에도 대처할 수 있기 때문이다. 당연히 자율주행차에 달린 각종 센서만으로는 역부족이다.

 

이에 대한 해결책으로 제시되는 것이 차량과 사물 간 연결시스템(V2X)이다. V2X는 차량 간 연결(V2V), 차량과 교통인프라(V2I), 이동단말기(V2P) 등 모든 사물과의 연결을 통칭한다. 이렇게 수많은 네트워크로 연결된 자율주행차를 ‘커넥티드 카’라고 한다.

 

커넥티드 카는 주변에 있는 다른 차, 신호등과 건물, 도시 교통관리 시스템, 음악·동영상 같은 콘텐츠, 심지어는 정비소나 가정집과도 연결될 수 있다. 교통 인프라와 연결된 커넥티드 카는 운전자 대신 상황에 따른 안전한 판단을 내린다. 현재 위치에 맞추어 앞으로의 교통 상황을 예측할 수 있기 때문이다. 소모품 교환이 필요하다면 차가 직접 정비소로 향할 수 있고, 차에서 집의 전등이나 보일러를 켤 수도 있다. 운전자의 성향에 맞추어 음악과 동영상 같은 엔터테인먼트 서비스를 추천해주는 것은 말할 것도 없다.

 

이렇게 커넥티드 카는 실시간으로 지연 없이 정보를 주고받는 초연결 자동차이며 생활 공간의 확장을 실현한다. 이는 최대 속도가 1Gbps인 4세대 이동통신 LTE보다 20배 빠르고 처리 용량도 100배나 더 많은 5세대 이동통신, 5G의 발전과 발을 맞추고 있다. 실제로 지난해 12월 SK텔레콤과 BMW는 영종도 BMW 드라이빙센터에 구축된 5G 시험망에서 커넥티드 카와 드론, 도로 교통정보를 실시간으로 연결하는 미래주행기술을 선보였다. KT도 현대자동차, 독일 메르세데스벤츠 등 13개 자동차 브랜드와 협력해 커넥티드 카 기술 개발에 나서고 있다.

 

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사진 1. 커넥티드카는 자율주행차 자체의 센서만이 아니라 교통인프라와 자율주행차를 연결해 완전 자율주행을 목표한다. (출처: shutterstock)

 

5G 통신을 가능케 하는 기반 기술은 바로 초미세 나노공정으로 만드는 반도체다. 5G의 발전은 곧 처리해야 할 데이터가 기하급수적으로 늘어난다는 것을 의미한다. 엄청난 양의 데이터를 빠르게 처리하고 즉각 활용하기 위해서는 지능형 반도체가 필요하다. 이를 위해 과학기술정보통신부는 차세대 반도체 회로를 구성하는 나노기술 및 소재 연구 개발을 적극적으로 지원하고 있다.

 

광주과학기술원(GIST) 이병훈 교수 연구팀은 그래핀이라는 신소재를 활용해 새로운 트랜지스터, ‘그래핀 배리스터’를 기반으로 한 저전력 반도체를 연구하고 있다. 그래핀은 탄소가 벌집처럼 육각형으로 배열된 소재로 실리콘 반도체보다 전자 이동성이 100배 빨라 초고속 정보 전송이 가능하면서 소비전력은 매우 적은 것이 특징이다.

 

또한 기초과학원구원(IBS) 양자나노과학연구단은 원자 하나로 1비트 메모리 소자를 만들 수 있는 기술을 개발하는 데 성공했다. 이 기술을 반도체에 응용하면 작은 메모리칩 하나에 엄청나게 큰 동영상 데이터를 담을 수 있을 정도로 저장 용량을 늘릴 수 있다. 실리콘 소재를 대체할 수 있으며 아주 적은 전력 소비로 사용이 가능하다.

 

스마트한 대중교통 수단, 사물인터넷 기반의 미니트램

 

한편 완전 자율화 자동차 활용은 대중교통 분야에서도 활발히 추진되고 있다. 이미 우리나라에는 대중교통에 최적화한 자율주행 시스템이 개발돼 있는 상태다. 바로 사물인터넷(loT)을 기반으로 한 무인자동 미니트램이다. 한국철도기술연구원이 개발해 2017년 국가연구개발 우수성과로도 선정된 미니트램은 전기로 작동하는 친환경교통수단이다. 사물인터넷에 기반한 대중교통답게 카카오택시처럼 고객이 호출하면 출발지까지 자동으로 이동하고 목적지까지 정차 없이 무인으로 이동한다.

 

최적의 경로는 주행로를 따라 1~3m 간격으로 매설된 자석 표지를 트램에 장착된 센서로 인식해 위치와 방위를 계산해 정한다. 배터리는 정거장 정차 시, 정거장에 있는 무선급전장치로 급속 충전한다. 미니트램이기 때문에 건물 내에도 정거장을 설치할 수 있다.

 

한국철도기술연구원은 이 트램의 상용화를 위해 차량 간 간격 조정, 노선 변경 등의 복합 제어 기능을 실험할 계획이다. 이를 위해서는 나노기술을 응용해 센서의 감각을 정밀하게 조정해야 한다. 나노 규모의 구조를 활용하면 아주 미세한 움직임이나 변화를 측정하고 제어할 수 있기 때문이다.

 

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사진 2. 한국철도기술연구원이 개발한 사물인터넷(IoT)기반 무인 미니트램의 모습. (출처:한국철도기술연구원)

 

이처럼 우리 생활을 스마트하게 바꾸는 교통 혁신은 그 근간이 되는 나노기술의 혁신에서 시작된다. 아주 작은 변화가 우리 삶의 방식을 근본적으로 바꾸는 것이 신기하지 않은가. ‘나노 혁신’은 여전히 진행 중이다.

 

글: 박응서 과학칼럼니스트/일러스트: 이명헌 작가

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