자동차는 20세기부터 인류의 가장 보편적인 이동수단으로 자리 잡았고 이제 도로와 자동차가 없는 세상은 상상할 수 없게 됐다. 그러나 과학기술이 발전하면서 우리가 이용하는 자동차의 형태에도 큰 변화가 일어나고 있다.미래 자동차는 어떤 모습일까.화석 연료의 대체
제임스 와트가 증기기관을 발명한 이후 18세기 중반부터 산업혁명이 일어나고 경제와 기술의 혁신이 시작됐다. 이러한 기술혁신에 힘입어 19세기 말에는 가솔린(휘발유)을 연료로 하는 자동차가 발명되었고 곧 자동차는 대량생산을 통해 현대인의 필수품이 되었다.
칼 벤츠가 1885년 첫 특허를 받은 가솔린 자동차는 100년이 지난 지금도 현대인에게 없어서는 안 될 교통수단이지만 화석연료를 사용하는 자동차에는 큰 단점이 있다. 화석연료를 사용하는 자동차는 이산화탄소를 포함한 많은 매연을 배출해 지구온난화와 환경오염을 일으킨다는 것이다. 이에 따라 화석연료를 대체할 방법으로 ‘전기차’와 ‘수소차’가 발전하기 시작했다.
전기 자동차
화석연료를 사용하는 자동차는 연료를 압축한 뒤 연소시킬 때 발생하는 열에너지를 이용해 운동에너지를 얻는 ‘엔진’을 사용한다. 그러나 전기차는 연료 대신 전기를 이용하기 위해 엔진이 아닌 ‘배터리’를 사용한다. 전기차는 화석연료를 사용하지 않아 이산화탄소 등 매연을 배출하지 않아 친환경적이고 엔진을 사용하지 않아 소음이 발생하지 않는다는 장점이 있다. 이러한 이유로 수많은 자동차 회사들은 전기차 개발에 박차를 가하고 있으며, 현재도 많은 전기차가 상용화되어 사용되고 있다.
수소 전기 자동차
수소전기차는 엔진 대신 배터리와 ‘수소연료전지’를 사용하는 전기차를 말한다. 수소연료전지는 수소를 연료로 이용해 전기에너지를 생성하는 발전장치로 수소를 산소와 반응시켜 전기에너지를 얻는다. 수소와 산소 반응 부산물로는 물이 생성되기 때문에 전기차와 마찬가지로 친환경적이라는 장점이 있다.
자율주행차에 앞서 소개한 전기차와 수소연료차가 환경보호를 위해 발전한 자동차라면 자율주행차는 인간의 편의와 교통사고 및 교통체증 방지를 위해 발전하고 있는 자동차다. 자율주행자동차는 운전자 조작 없이 스스로 운행이 가능한 자동차를 말한다.자율주행에는 다음과 같이 5단계가 있다. 현재 자율주행 기술은 3단계에 가까워졌고 아직 운전자 개입과 주의가 필요한 단계다.자율주행단계 0단계 1단계 2단계 3단계 4단계 5단계 특징 비자율주행자 지원부분 자동화 조건부 자동화 고도 자동화 내용 운전자가 모든 운전제어차간 거리 및 조향 등을 보조차간 거리와 조향 동시 보조핸들을 잡을 필요가 없다. 시스템이 운전 개입을 요청할 경우 운전 특정 구간을 제외하고 운전 개입이 필요 없는 모든 조건에서 자율주행 및 무인 운송 가능 자율주행 기술의 최종 목표는 5단계로 어떤 상황에서도 자동차 스스로 운행이 가능하며 이동 중 운전자는 운전에 전혀 신경을 쓰지 않아도 된다. 또한 운전자가 필요 없기 때문에 물건 무인 운송이 가능해질 것이다. 자율주행 기술이 5단계가 되면 자율주행 자동차 간 교신을 주고받아 교통사고와 교통체증, 보복운전 등이 사라지고 신호등과 같은 교통을 위한 구조물이 사라지게 될 것이다.
자율주행 기술
자율주행을 하려면 자동차가 주변 물체의 위치와 운동 상태를 정확히 파악하고 이후 움직임을 예측할 수 있어야 한다. 이를 위한 탐지 시스템으로 카메라와 LIDAR(라이더), RADAR(레이더) 등이 이용된다.
카메라는 물체를 인식해 정보를 파악할 수 있으며 라이다와 레이더 등 탐지 시스템은 빛과 전파 등을 발사한 후 돌아오는 신호의 시간과 파장 변화를 통해 물체의 위치, 운동 상태 등을 파악할 수 있다. 자율주행차는 받아들인 정보를 통해 고도로 학습된 AI를 통해 향후 움직임을 예측하고 최선의 방향으로 이동하게 된다.
▲자율주행차의 문제점=현재 자율주행차는 탐지시스템과 AI 성능에 따른 기술적 문제로 완전자율주행을 실현하지 못하고 있다. 그러나 기술적인 문제 외에도 제도적인 문제, 윤리적인 문제에도 직면해 있다.첫째, 자율주행자동차의 5단계가 실현되면 택시기사, 버스기사 등 많은 사람들이 일자리를 잃게 될 것이다. 둘째, AI는 불가피한 상황에서 윤리적으로 어떤 판단을 하느냐의 문제가 있다. 예를 들어 자율주행차가 한 명 또는 여러 명이 있는 무리 중 하나를 때려야 할 때 어떤 판단을 해야 할까? 그리고 한 사람을 때리거나 운전자 본인이 사망해야 하는 상황에서 어떤 판단을 해야 하는지 등의 많은 윤리적 문제를 안고 있다. 셋째, 자율주행자동차가 사고 없이 완전자율주행을 하려면 거의 모든 자동차가 자율주행자동차로 대체돼야 하고 도로와 GPS 등 자율주행자동차를 위한 인프라가 구축돼야 한다.
자율주행 기술이 5단계가 되더라도 이 같은 인프라 구축을 위해 완전 자율주행이 실행되기까지는 시간이 더 걸릴 것이다. 기술적 문제, 제도적 문제, 윤리적 문제 등을 슬기롭게 해결할 때 완전 자율주행차를 통해 삶의 질은 한층 발전할 것이다.
I 저자 와이즈만 영재교육연구소 과학팀 이수양 연구원
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