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Nikkei X-TECH_2021.1.28

미국 생산 ‘자율주행 덤프트럭’, 일본에 온다
오바야시구미(大林組), 그 실력을 동영상으로 철저히 분석

‘대규모 조성 공사에 이노베이션을 가져올 것이다’. 오바야시구미는 올 4월, 덤프트럭의 자율주행을 위한 실증실험을 국내에서 시작한다. 미국 실리콘밸리의 스타트업 기업 세이프AI(Safe AI)와의 협업을 통해 자율화한 덤프트럭을 미국에서 수송, 일본 통신 환경에서도 문제없이 작동하는지 여부를 테스트할 예정이다. 이에 앞서 양사가 실리콘밸리에서 2021년 11월에 실시한 실증실험 결과 등을 소개한다.

조성 공사의 생산성 향상과 중장비 오퍼레이터 부족에 대한 대응을 염두에 놓고 양 사가 추진하고 있는 것은 미국 캐터필러(Caterpillar)의 아티큘레이트 덤프트럭(중절식의 차체 구조를 가진 덤프)의 자율주행이다.

최대 적재량 약 24톤의 덤프트럭에 LiDAR와 카메라, 자기위치·자세를 추정하는 GNSS(위성측위시스템의 총칭)/IMU(관성계측장치)유닛과 컴퓨터를 설치해 세이프AI가 개발한 제어 소프트웨어로 자율주행시키는 것이 목적이다. 소프트웨어는 세이프AI가 컴퓨터 상에서 주행 시뮬레이션을 반복하는 등을 통해 개발했다. 덤프트럭의 제조사나 형식에 관계 없이 자율화할 수 있는 것이 세이프AI 기술의 강점이다.

실리콘밸리에 있는 채석장에서 2021년 11월 4일에 실시한 실증실험에서는 토사의 적재부터 하역까지의 일련의 움직임을 자율화할 수 있는지를 확인했다.

실증실험에서는 토사의 적재 지점까지 주행하고 나서 3포인트 턴(방향 전환)을 해 정지하고, 적재가 완료되면 다시 발진. 하역 지점에서 다시 3포인트 턴을 하고 정지해 토사를 일정 지점에 내려놓고 출발 지점으로 돌아오는 사이클을 3회 실시했다. 토사를 싣는 휠로더에만 사람이 탑승해 조종했다.

1주차에 확인한 것은 설정한 루트대로 자율주행을 할 수 있는지 여부였다. 덤프트럭은 정지하거나 경로를 벗어나는 일 없이 부드럽게 일련의 사이클을 소화했다. 실리콘밸리에서 협업을 추진해온 사토(佐藤) 오바야시구미 비즈니스이노베이션 추진실부장은 “3포인트 턴도 신속하게 결정할 수 있었다”라고 말한다.

세이프AI의 시오노(塩野) 엔지니어링 헤드(일본지사)는 “차체의 위치를 높은 정밀도로 추정할 수 있는 것, 경로 계획에 첨단 알고리즘을 이용해 궤도를 잘 그릴 수 있는 것, 계획을 제대로 실행하는 제어 알고리즘을 가지고 있는 것이 3가지 포인트이다”라고 설명한다. 2021년 10월 1일에 설립된 세이프AI재팬합동회사(도쿄)의 히라쓰카(平塚) 대표는 “똑바른 길이라면 경로에서 25cm 밖에 어긋나지 않고 주행할 수 있다”라고 말한다.

위치 추정에는 사전에 제작해 둔 현장의 3차원 디지털맵과 GNSS, LiDAR로 취득한 정보를 이용했다. 현장에서는 작업 환경이 날마다 변하기 때문에 디지털맵은 갱신할 필요가 있다. 구현할 때에는 최초 계측한 베이스가 되는 맵을 제작, 그 다음은 중장비가 자율주행하면서 취득한 데이터로 업데이트해나갈 계획이다.

-- 자율 덤프트럭 실증실험, 2주차와 3주차 결과를 동영상으로 --
2주차에 검증한 것은 경로 상의 장애물(실험에서는 차량)을 카메라와 LiDAR의 정보를 기반으로 감지해 자동으로 정지할 수 있는지 여부였다. 실험에서는 20m 정도 앞에서 정지하도록 설정. 거리는 조정이 가능하다.

3주차에는 차량이 3m 떨어진 위치에서 다른 덤프트럭과 나란히 주행했을 경우, 장애물이라고 판단하지 않고 주행을 계속할 수 있는지를 검증했다. 대상물의 위치와 속도, 방향을 정확하게 계측해 동작을 예측할 필요가 있었다. 평행 주행을 하면 문제 없이 계속 달리지만, “’이 속도 그대로 주행하면 부딪칠 것 같다’ 등으로 판단되면 정지한다”(시오노 엔지니어링 헤드)

2021년 3월에 미국에서 처음으로 실시한 실증실험에서는 출발 지점에서 도착 지점까지 설정된 루트를 주파하는 것까지 성공했다. 그 후, 실제 건설 현장에서 주행하는 것을 염두에 두고 오바야시구미와 세이프AI가 논의를 하면서 기술을 향상시켜 왔다.

세이프AI재팬 합동회사의 히라쓰카 대표는 “서로에게 있어 배움의 연속이었다. 미국에 있는 기술자들은 덤프트럭이 70cm 크기의 돌을 장애물로 인식해 멈추면 ‘그 다음은 30cm의 돌이다’라는 식으로 파고들려고 했다. 그 말을 들은 오바야시구미의 직원이 “30cm 정도면 문제없이 달릴 수 있으니까 괜찮다”라고 하자 “그렇구나”라고 답했다”.

스기우라(杉浦) 오바야시구미 비즈니스이노베이션 추진실 부부장은 “우리는 시공하는 입장에서 노하우와 지식을 제공했다. 한편, 세이프AI로부터는 건설회사 직원이 좀처럼 생각할 수 없는 의견들을 받을 수 있었다”라고 말한다. 그 중 하나가 덤프트럭의 주행 경로에 관한 지적이다.

대규모 조성 공사 현장 등에서 물류를 생각할 때에는 통상적으로 중장비인 덤프트럭을 최우선으로 해 경로를 설정한다. 사고 등이 발생하지 않도록 기본적으로 한 방향으로 루프를 그리는 루트를 설정하고, 교차나 대면 통행은 피한다고 한다. “하지만 세이프AI로부터 중장비를 자율화하면 대면 통행이나 교차를 무리 없이 할 수 있게 되기 때문에 효율이 수 % 높아질 수 있다는 말을 듣고 깜짝 놀랐다”(스기우라 부부장)

세이프AI재팬 합동회사의 히라쓰카 대표는 “실제로 오스트레일리아의 광산에는 십자로 등이 있어, 무인 덤프트럭이 자율주행기술을 통해 왕래하고 있다”라고 한다. 오바야시구미의 스기우라 부부장은 “세이프AI의 지적을 받고, 교차한다면 어떻게 움직이는 것이 베스트인가 등, 통상적으로는 있을 수 없는 움직임도 포함해 논의해 최근 반년 동안 해답을 구해왔다”라고 말한다. 그 성과는 실증실험의 2주차나 3주차에 확인할 수 있었다고 한다.

-- 시공 효율화의 열쇠를 쥐고 있는 FMS --
최근 반년 간 양 사가 추진해 온 것은 하드웨어의 성능 향상뿐만이 아니다. FMS(Fleet Management System)라고 부르는 중장비의 운행 관리 플랫폼 개발에도 힘을 쏟아 왔다.

FMS에는 덤프트럭이 어디를 주행하고 있고, 어떤 작업이 끝났는지 등, 모든 상황에 대한 보고가 올라온다. 예를 들면, 휠로더가 덤프의 짐칸에 토사를 다 실으면 신호를 보내고, 신호를 받으면 FMS로부터 덤프에 발진을 지시하는 신호가 내려진다. 사령탑과 같은 역할이라고 할 수 있다.

오바야시구미의 스기우라 부부장은 “2021년 3월의 실증실험 시점에서는 중장비를 커맨드라인으로 움직이는 이미지였지만, 그러면 현장의 기술자는 다룰 수 없게 된다. 그래서 유저인터페이스(UI)를 개선해, 여러 대의 중장비를 직감적으로 관리할 수 있는 FMS를 세이프AI가 만들어 주었다”라고 설명한다.

FMS를 사용하면 시공 실적을 데이터로 확인할 수 있기 때문에 객관적인 수치를 기반으로 공정 등의 개선을 도모할 수 있게 된다. 오바야시구미는 FMS를 시판의 시공관리 소프트웨어 등과 연계해 생산성 향상에 도움이 되도록 할 방침이다.

“중장비의 자동화나 자율화라고 하면 아무래도 하드웨어에 초점이 맞춰지기 때문에 FMS에 대한 논의는 뒷전이 되기 쉽다. 그러나 우리는 동시 병행으로 개발을 진행하고 있다. 자율화한 중장비를 현장에서 어떻게 취급할지 등, 세밀하게 고려하지 않으면 진정으로 도움이 되는 생산품이 되지 않기 때문이다”(스기우라 부부장)

-- 국토교통성과 토목연구소의 움직임에 기대 --
오바야시구미가 덤프트럭을 시장으로부터 조달해 세이프AI에 제공한 뒤 2021년 11월의 실증실험까지 소요된 기간은 불과 1년 미만. 애자일 소프트웨어 개발 방법을 도입해 2주 간을 단위로 과제를 차례로 클리어하면서, 하드웨어와 소프트웨어 개발을 동시에 추진했다. 기존의 연구개발과 비교하면 속도가 상당히 빠르다. 오바야시구미의 스기우라 부부장은 “당사만으로는 실현할 수 없었다. 확실히 오픈이노베이션의 효과라고 할 수 있다”라고 말한다.

물론, 실용화에는 아직 과제도 많다. 개발한 기술을 일본에서 사용하려면 전파법 규제를 클리어할 필요가 있다. 세이프AI재팬 합동회사의 히라쓰카 대표는 “미국과 일본에서는 무선의 규격이 다르기 때문에, 위법이 되지 않도록 일본 사양으로 치환할 필요가 있다. 일본에서의 실증실험을 위해 조정하고 있다”라고 말한다.

AI(인공지능)에 대해서도 국가나 지역별 사정에 맞출 필요가 있다. “예를 들어 미국에서 코요테를 인식할 수 있도록 했다고 해도, 호주에서는 캥거루도 인식할 수 있도록 해야 한다. 건설 현장에서 사용하는 삼각 콘 등도 국가에 따라 색 등이 조금씩 다르기 때문에 학습이 필요하다”(히라쓰카 대표).

세이프AI의 시오노 엔지니어링헤드는 “본격적으로 시장에 투입하기 위해서는 중장비를 오랜 시간 계속 움직였을 경우를 상정해 센서의 내구성 등도 검증해 나가지 않으면 안 된다”라고 말한다.

일본의 일반적인 조성 공사 현장에서 활용해나가려면 안전기준 등의 룰 정비도 빠뜨릴 수 없다. 이 점에 대해서는 정부 등이 움직이기 시작하고 있다.

국토교통성은 중장비의 자동화 및 자율화를 위해서 산·학·관 협의회를 통해 안전기준 등에 대해 검토할 방침이다. 토목연구소는 올해, 전자제어식 중장비의 제어 회로에 입력하는 신호의 룰을 공통화하기 위한 회의체를 구성. 자동화 등을 추진하기 쉽도록 지원한다.

스기우라 오바야시구미 부부장은 “기술뿐 아니라 운용 방법, 법률, 기준 등을 함께 만들어나가야 한다. 우리가 개발한 기술을 실천하는 환경을 어떻게 조성할지에 대한 논의가 본격적으로 시작될 것으로 보인다”라며 기대감을 나타냈다.

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