1.7 자율주행 기술의 응용 분야
자율주행 기술은 승용차 자율주행에 국한되지 않으며, 다양한 운송 및 이동 수단에 적용되어 그 활용 범위가 확대되고 있다. 본 절에서는 자율주행 기술이 적용되는 주요 응용 분야를 기술적 특성과 운용 설계 영역(ODD)의 관점에서 체계적으로 분류하여 기술한다.
1. 로보택시 (Robotaxi)
로보택시는 자율주행 기술을 승객 운송 서비스에 적용한 것으로, 인간 운전자 없이 승객을 출발지에서 목적지까지 운송하는 서비스이다. Level 4 자율주행 기술의 대표적인 상용화 사례에 해당한다.
Waymo는 2020년부터 미국 애리조나주 피닉스에서 완전 무인 로보택시 서비스인 Waymo One을 운영하고 있으며(Waymo, 2020), 이후 샌프란시스코, 로스앤젤레스 등으로 운영 지역을 확대하였다. Cruise(현 GM 산하)는 샌프란시스코에서 무인 로보택시 서비스를 시범 운영하였다. 중국에서는 Baidu의 Apollo Go가 베이징, 우한, 충칭 등 다수의 도시에서 로보택시 서비스를 운영하고 있다(Baidu, 2023).
로보택시의 ODD는 일반적으로 특정 도시 내의 지오펜스(Geofence) 구역으로 한정되며, 사전에 고정밀 지도가 구축된 영역에서 운용된다. 기상 조건, 교통 밀도, 시간대 등에 대한 제약이 부가되는 경우가 일반적이다.
2. 자율주행 화물 운송 (Autonomous Trucking)
자율주행 화물 운송은 장거리 화물 수송에 자율주행 기술을 적용하는 분야이다. 고속도로 환경은 도시 환경에 비해 구조화 정도가 높고 교통 참여자의 유형이 제한적이므로, 자율주행 기술의 적용이 상대적으로 용이한 ODD를 가진다.
주요 기업으로 TuSimple, Aurora, Plus, Kodiak Robotics 등이 있으며, 이들은 미국 고속도로에서 Level 4 자율주행 트럭의 시험 운행을 수행하고 있다. 자율주행 화물 운송은 장거리 운전자의 피로 및 부족 문제를 해결하고, 운행 효율성을 향상시킬 수 있는 분야로 주목받고 있다.
고속도로 자율주행 트럭의 주요 기술적 과제는 다음과 같다.
- 장거리 인지: 고속 주행 환경에서 충분한 제동 거리를 확보하기 위해 200m 이상의 장거리 객체 검출이 요구된다.
- 대형 차량 동역학: 트럭은 승용차 대비 제동 거리가 길고 조향 응답이 느리며, 적재 하중에 따라 동역학 특성이 변화한다.
- 허브 간 운행(Hub-to-Hub Operation): 고속도로 구간만을 자율주행으로 수행하고, 도시 구간은 인간 운전자가 담당하는 운용 모델이 초기 상용화 단계에서 채택되고 있다.
3. 자율주행 배송 (Autonomous Delivery)
자율주행 배송은 소형 자율주행 차량 또는 로봇을 이용하여 물품을 배송하는 분야이다. 배송 로봇은 인도(보도)에서 운행되는 소형 로봇과 도로에서 운행되는 중형 차량으로 구분된다.
Nuro는 도로 주행형 무인 배송 차량을 개발하여 미국에서 상용 배송 서비스를 운영하고 있다. Starship Technologies는 인도 주행형 소형 배송 로봇을 대학 캠퍼스 및 주거 지역에서 운용하고 있다.
자율주행 배송의 ODD는 일반적으로 저속(시속 25km 이하) 운행 환경으로 한정되며, 승객이 탑승하지 않으므로 차량 설계에 있어 안전 요건이 승용차와 상이하다. 이에 따라 미국 NHTSA는 무인 배송 차량에 대한 별도의 규제 프레임워크를 마련하였다(NHTSA, 2022).
4. 자율 발레 주차 (Automated Valet Parking)
자율 발레 주차(Automated Valet Parking, AVP)는 주차장 내에서 차량이 스스로 주차 공간을 탐색하고 주차를 수행하는 기술이다. 저속, 구조화된 환경에서 운용되므로 ODD가 비교적 제한적이며, Level 4 자율주행 기술의 초기 상용화 형태 중 하나이다.
AVP의 구현 방식은 크게 두 가지로 구분된다.
- 차량 기반 AVP: 차량에 탑재된 센서와 연산 장치만으로 주차를 수행하는 방식이다.
- 인프라 기반 AVP: 주차장에 설치된 센서 인프라와 차량이 V2I(Vehicle-to-Infrastructure) 통신을 통해 협력하여 주차를 수행하는 방식이다. Bosch와 Mercedes-Benz는 인프라 기반 AVP 시스템을 개발하여 독일에서 상용화하였다(Bosch & Mercedes-Benz, 2022).
ISO 23374는 자율 발레 주차 시스템의 용어 및 정의에 관한 국제 표준이다(ISO, 2023).
5. 자율주행 대중교통 (Autonomous Public Transit)
자율주행 대중교통은 버스, 셔틀 등의 대중교통 수단에 자율주행 기술을 적용하는 분야이다. 고정 노선을 운행하므로 ODD가 사전에 명확히 정의될 수 있으며, 도시 내 단거리 이동, 공항 순환, 캠퍼스 순환 등에 적용된다.
EasyMile, Navya, ZF 등이 자율주행 셔틀을 개발하여 전 세계 다수의 도시에서 시범 운행을 수행하고 있다. 자율주행 대중교통의 운행 속도는 일반적으로 시속 20~40km 수준이며, 고정 노선과 사전 매핑된 환경에서 운용된다.
6. 광업 및 건설 분야 (Mining and Construction)
광업과 건설 현장에서의 자율주행은 비도로(Off-Road) 환경에서 대형 특수 차량을 자율적으로 운행하는 분야이다. 이 분야는 일반 도로 자율주행과 비교하여 다음의 특성을 가진다.
- 폐쇄된 운용 구역: 공공 도로가 아닌 사유지에서 운용되므로 법적 규제가 상대적으로 완화된다.
- 반복적 작업 패턴: 운반, 적재, 굴착 등 반복적인 작업 과정으로 구성되어 자동화에 적합하다.
- 가혹한 환경 조건: 분진, 진동, 극한 온도 등 센서와 연산 장치에 가혹한 환경에서 운용되어야 한다.
Caterpillar는 1990년대부터 광산용 자율주행 덤프트럭을 개발하여 상용화하였으며, Komatsu는 AHS(Autonomous Haulage System)를 통해 호주, 칠레 등의 광산에서 자율주행 운반 시스템을 운영하고 있다(Komatsu, 2023).
7. 농업 분야 (Agriculture)
농업 분야에서의 자율주행은 트랙터, 수확기, 방제기 등 농업 기계에 자율 운행 및 작업 수행 기능을 적용하는 분야이다. 농경지는 구조화된 환경(예: 작물 열)과 비구조화된 환경(예: 과수원)이 혼재하며, GPS 기반의 정밀 농업(Precision Agriculture)과 결합하여 발전하고 있다.
John Deere는 RTK-GPS 기반의 자율주행 트랙터를 상용화하여, 경작, 파종, 수확 등의 농작업을 자율적으로 수행하는 시스템을 제공하고 있다(John Deere, 2023). 농업 자율주행의 ODD는 농경지 내부로 한정되며, 공공 도로 주행은 포함되지 않는다.
8. 군사 분야 (Military Applications)
군사 분야에서의 자율주행은 무인 지상 차량(Unmanned Ground Vehicle, UGV)의 형태로 연구 및 개발되고 있다. 정찰, 보급, 지뢰 탐지, 부상자 수송 등의 임무에 활용된다. DARPA의 Grand Challenge 및 Urban Challenge가 군사적 자율주행 연구를 촉진한 대표적 사례이다.
군사 자율주행의 ODD는 비구조화된 야지(Off-Road) 환경을 포함하며, GPS 음영 지역에서의 운용, 적대적 환경에서의 강건성 등 민간 자율주행과 상이한 기술적 요구사항이 존재한다.
9. 응용 분야별 기술적 특성 비교
| 응용 분야 | 운용 환경 | 속도 범위 | ODD 범위 | 핵심 기술적 과제 |
|---|---|---|---|---|
| 로보택시 | 도시 도로 | 중속 | 지오펜스 구역 | 복잡한 도시 교통 상호작용 |
| 자율주행 트럭 | 고속도로 | 고속 | 도시 간 고속도로 | 장거리 인지, 대형 차량 제어 |
| 자율주행 배송 | 도로/인도 | 저속 | 특정 배송 구역 | 보행자 안전, 소형 차량 설계 |
| 자율 발레 주차 | 주차장 | 극저속 | 주차장 내부 | 협소 공간 기동, 인프라 연동 |
| 자율주행 대중교통 | 고정 노선 | 저~중속 | 고정 노선 | 다수 승객 안전, 정시성 |
| 광업/건설 | 비도로 | 저~중속 | 폐쇄 구역 | 가혹 환경 내구성, 대형 장비 제어 |
| 농업 | 농경지 | 저속 | 농경지 내부 | 정밀 작업, 비구조화 환경 |
10. 참고 문헌
- Baidu. (2023). Apollo Go: Autonomous ride-hailing service.
- Bosch & Mercedes-Benz. (2022). Automated Valet Parking: World’s first driverless parking function approved for commercial use.
- ISO. (2023). ISO 23374:2023 Intelligent transport systems — Automated valet parking systems — Terminology and definitions.
- John Deere. (2023). Autonomous 8R Tractor.
- Komatsu. (2023). Autonomous Haulage System (AHS).
- NHTSA. (2022). Federal Motor Vehicle Safety Standards: Occupant Protection for Vehicles With Automated Driving Systems. Docket No. NHTSA-2022-0067.
- Waymo. (2020). Waymo One: The next step on our journey.
v1.0