자동차의 디지털 개발 최전선

새로운 에코 시스템을 창출한다

소프트웨어를 중심으로 하는 차세대 자동차 개발에서는, 다양한 기업이 제휴하는 에코 시스템(생태계)의 강도가 경쟁력의 관건이다. 시뮬레이션을 사용하는 모델베이스개발(MBD) 현장에서는 일본 전역에 흩어져 있는 크고 작은 기업들의 역량을 집결시키는 새로운 대응이 시작됐다. 차량탑재 애플리케이션 개발에서는, 전세계의 소프트 기술자를 끌어당기는 매력적인 개발 플랫폼의 정비가 급속도로 진행된다. 디지털 기술을 활용한 자동차 개발의 최전선을 소개한다.

Part 1. 움직이기 시작한 MBD 일본 연합
지금이야말로 'SKYACTIV'에서 배운다
시뮬레이션 기술을 사용하여 자동차를 효율적으로 개발하는 모델베이스개발(MBD: Model Base Development). MBD의 보급과 촉진을 목표로 하는 MBD 추진센터(JAMBE)가 21년 7월 일본 국내 자동차 업체와 부품 업체 10개사에 의해 발족되었다.

Part 2. 세계에서 가장 프로그래밍하기 쉬운 자동차
도요타자동차 ‘아린’, 25년에 실용화
도요타자동차 산하에서 자율주행 소프트웨어를 개발하는 우븐 플래닛(Woven Planet Holdings)은 차량탑재 소프트웨어 개발 플랫폼 ‘아린(Arene)’을 이르면 2025년에 실용화한다. 

'신의 손'에 가까워지는 수술 지원 로봇 실현

“그럼 스펀지를 만져보세요”. 눈 앞 화면에는 쌀알만한 스폰지에 접근하는 로봇의 선단 부분이 비치고 있었다. 양손에 쥔 조이스틱을 움직여보니, 순간 탄력 있는 촉각이 느껴졌다. 로봇이 스펀지에 닿는 것과 동시에, 감촉이 10배로 증폭되어 전해진 것이다.

이는 로봇 선단에 닿은 감각을 10배 강조해 전달하는 ‘정밀 바이래터럴 제어 시스템’이다. 소니그룹이 독자적인 센서 검출 시스템을 활용해 개발했다. “외과의사와 환자의 부담을 줄일 수 있다. 신경을 사용하지 않고 정밀 작업을 할 수 있기 때문에 안전한 수술을 실현할 수 있는 가능성이 있다”(소니그룹 R&D센터 Tokyo Laboratory 24 미야모토(宮本) 총괄과장).

-- 촉각을 전달하는 의료용 원격 조작 로봇 --
바이래터럴 제어란 쌍방향 제어 방법을 의미한다. 마스터 측의 장치의 동작 지령을 슬래이브 측의 로봇에게 보낼 뿐만 아니라, 로봇 측 정보도 마스터 측에 피드백하는 방법이다.

개발품은 마스터 측 장치에 있는 2개의 조이스틱이 로봇에 탑재한 2개의 선단 부분(그리퍼)에 대응한다. 조이스틱의 조작으로 선단 부분을 움직이는 것과 동시에, 로봇 측의 촉각이 조이스틱을 통해 조작자에게 전해지는 구조이다.

효율 70~80%, 폐갱 이용으로 일본에서의 적용 가능성

압축공기를 이용한 에너지저장시스템 ‘CAES’(Compressed Air Energy Storage)는 ‘충전’할 때 컴프레서를 이용해 전력을 압축공기로 변환하고, 발전할 때는 압축공기가 팽창하는 힘을 이용해 터빈을 회전시켜 발전한다. 1978년 첫 실용화 이후 40여년이 지난 지금, 쇄신의 움직임이 시작되었다.

기존의 CAES에는 (1)암염층이 있는 지역에서밖에 사용할 수 없다, (2)압축공기를 화력발전소의 가스터빈의 연소 효율 향상에 사용하는 것을 전제로 배기가스가 나온다, (3)압축 시에 상당량의 열을 잃기 때문에 발전 효율이 40%대로 낮다, 등의 과제가 있었다. 현재, 이들 과제를 개선한 차세대 CAES에 착수하는 기업이 속속 등장하며 이용 가능성이 확산되고 있다.

차세대 CAES는 기존의 과제를 다음과 같이 개선한다. (1)입지 제약은 탱크나 물의 정수압을 활용한 저장 설비, 기존의 인공 동굴 등을 이용하여 완화한다. (2)의 배기가스 등의 과제는 화력발전이 아니라 압축공기의 팽창력으로 발전하는 전용 터빈을 이용해 해소한다. (3)의 효율은, 압축 시에 발생하는 열을 열매(熱媒)에 저장했다가 발전 시의 팽창에 이용함으로써 70%대까지 향상했다. 또한 압축공기보다 콤팩트한 액화공기로 저장하는 기술도 등장했다.

-- 폐갱에 압축 공기를 ‘수봉(water seal)’ --
일본에는 암염층이 거의 없지만 압축공기를 지하 저장할 수 있는 곳은 있다. 폐갱이다. 

행동인터넷

Internet of Behavior(행동 인터넷)는 개인의 위치 정보, 구매 이력, 검색 이력, 방문한 웹사이트 등의 행동 이력을 통해 수집한 정보를, Internet of Bodies(신체 인터넷)는 사람의 신체에 관련되는 정보를 인터넷 상에서 관리, 활용하는 개념을 말한다.

모든 사물을 인터넷에 연결하는 개념인 IoT(사물 인터넷)의 일부로, 그 적용 대상을 사람의 행동이나 바이탈 데이터로 본 것이다. 미국의 시장조사 기업인 가트너가 선정하는 ‘2021년 전략적 테크놀로지 톱 트렌드’ 중 하나로 선정되었다.

Internet of Behavior는 기업의 고객 데이터와 공공기관이 보유한 시민 데이터, 소셜 미디어의 내용, 행동 이력 등을 기업이나 공공기관의 서비스나 제품에 활용하는 것을 전망한다. 서드파티 쿠키(3rd Party Cookie)의 대체로도 기대를 받고 있다.

코로나19 사태에서는 감염 확대 방지와 감염 경로 조사를 위해 시설 내 열감지∙얼굴인증시스템, 이동전화의 위치 정보 활용 등이 진전되었다. Cloud Computing Japan의 IT컨설턴트 시미즈(清水) 씨는 “코로나19 사태에서는 타인과의 접촉 이력 등 자신의 정보를 제공함으로써 얻을 수 있는 리턴이 가시화되었다. 자신의 행동이 감시를 받는다는 저항감이 희미해지고, IoB를 잘 사용하면 도움이 된다는 인식이 확산되었다”라고 분석한다.

국내 3사와 긴키(近畿)대학, 공동연구 개시

시마즈제작소의 자회사인 시마즈산기 시스템즈(오츠시)와 S.랩(교토), 다이이치세라모(시가현), 긴키대학이 금속 3D프린터에 대한 공동연구를 개시했다. ‘도입·이용 코스트가 비싸다’, ‘애프터서비스가 충분하지 않다’, ‘일본 업체의 수요에 맞은 제품이 적다’ 등의 문제에 대응할 수 있도록 국내 3사와 긴키대학은 각각의 전문성을 공유해 순수 국산 장치와 재료 개발을 추진할 예정이다.

공동연구 대상은 재료 압출(Material Extrusion: MEX) 방식의 금속 3D프린터. 금속 분말과 바인더(플라스틱)를 혼합한 컴파운드를 적층 조형한 후, 탈지〮소결해 입체 모델을 완성한다. 조형 장치는 S.랩, 소결로는 시마즈산기시스템즈, 재료는 다이이치세라모가 중심이 되어 개발한다.

이번 공동연구에서는 각 기업의 거점에 장치·재료를 두고 효율적으로 연구를 추진, 재료별로 최적화된 처리 조건 판별과 장치·재료 개선을 진행하는 동시에, 전문 지식 없이도 금속 3D프린터를 활용할 수 있도록 하기 위한 노하우를 확립해나갈 방침이다. 긴키대학 차세대기반기술연구소의 교고쿠 특임교수가 연구 전체의 평가 및 지도를 맡는다.

이번 공동연구와 병행해 장치와 재료의 판매도 3사가 제휴해 추진한다. 우선은 조형 장치와 소결로를 조합한 시스템 전체를 약 3,000만엔에 제공. 유저로부터의 요구에도 대응해나갈 계획이다.

새로운 사회실현을 목표

일본은 Socoety 5.0으로, 지구온난화 대책 및 자연재해에 관한 안전 확보, 노동 인구의 감소에 대한 대책, 에너지 제약에 대한 대응 등 다양한 사회적 과제 해결과 경제 발전을 양립시켜나가는 새로운 사회 실현을 목표로 하고 있다. 이것을 전략의 한 축으로서, 국제연합(UN)에서 채택된 ‘SDGs(Sustainable Development Goals)’를 달성한다는 계획이다.

사회 인프라는 상하수도, 도로, 하천, 철도, 공항 등 시스템뿐만 아니라, 빌딩, 데이터센터, 영상 시스템 등 공공성이 강한 다양한 민간시설 계통의 시스템이 있다. 이들 시설은 우리 생활을 뒷받침하고 있어, 피지컬 공간(현실공간)의 상황을 디지털화하여 사이버 공간(가상공간)에서의 정보 처리·전달을 통해 사회 과제를 해결하는 것이 강하게 요구되고 있다. 이처럼 디지털화를 통해 사회를 더욱 좋은 모습으로 만들어가려는 움직임은 디지털 트렌스포메이션(DX)으로서 향후 커다란 조류가 되어 가속화될 것이다.

예를 들어, 지구온난화 대책으로서 발전 부문의 온실가스 배출 억제뿐만 아니라, 수요자 측 시설의 철저한 소비전력 절감에도 기여한다. 또한, 노동인구 감소에 있어서는 인프라 유지 업무를 효율화하여 이에 대응하는 등이 있다. 그 외에도 인프라로서는 자연 재해에 대한 안심·안전 범위를 확대하는 등 기대가 크다.

미쓰비시전기(三菱電機)는 DX에 필요한 기술을 심화시켜, 사회 인프라의 진화와 SDGs의 실현에 기여한다.

빵 껍질 맥주, 야채부스러기 과자 등

식품의 제조공정에서 폐기되어 남아있던 것을 재활용하는 ‘Up-Cycle’이 식품업계에서 확대되고 있다. 식빵의 껍질이나 야채부스러기 등, 지금까지는 ‘쓰레기’가 되었던 것을 별도의 식품으로 새롭게 탄생되고 있다. 연간 약 600만 톤이라는 일본의 식품Loss에 대해, 업사이클은 사회문제를 해결하는데 일조를 할 수 있을까?

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