도요타 '미라이(MIRAI)'의 분해

자율주행과 전동화, 가시화된 미래에 대비

전동화와 자율주행이라는 2대 트렌드와 어떻게 마주할까? 자동차 업계가 전환점을 맞이하는 가운데 등장한 것은 도요타자동차의 2세대 연료전지차(FCV) ‘미라이(MIRAI)’다. 비용 절반 이하를 달성한 연료전지 시스템이나 OTA(Over The Air)로 진화하는 고도운전지원기술 ‘Advanced Drive’ 부품을 분해 조사한 결과, 미래에 대응하기 위한 아이디어를 많이 발견했다. 도요타는 ‘공격’과 ‘방어’로 다음 스테이지로 향하고 있다.

Part 1. 도요타의 전방위 전략
자율주행도 전동화도 ‘선택지’

‘전방위 전략’ 방침을 내려놓지 않는 도요타자동차. 전기자동차(EV)의 판매 목표를 확대해 왔지만 다른 전동차를 개발하는 움직임은 멈추지 않는다. 자율주행과 관련해서도 ‘레벨3’를 전망하면서 ‘레벨2’ 차량에서의 진화를 모색한다. 자동차 업계의 미래가 불확실한 가운데 도요타는 다양한 선택지를 중시한다.

“미래를 예측하는 것보다 변화에 빨리 대응할 수 있는 것이 중요하다. 정답으로 가는 길이 확실해질 때까지 소비자의 선택지를 계속 남겨놓고 싶다”. 도요타 아키오 사장은 21년 12월에 열린 회견에서, 전동화의 ‘전방위 전략’을 유지할 생각임을 재확인했다. EV의 목표 판매 대수는 상향 수정했지만 하이브리드차(HEV)나 플러그인하이브리드차(PHEV), 그리고 연료전지차(FCV)에 대한 개발 투자도 계속한다. “자동차의 사용 환경은 지역에 따라서 다르기 때문이다”(도요타 아키오 사장).

‘근접각 센서’, 오사카대학 고야마 교수 개발

오사카대학 기초공학연구과 시스템창성 전공 고야마(小山) 교수는, 자신이 개발한 ‘근접각 센서’ 등을 축으로 한 벤처기업을 설립해 로봇에 응용하는 사업을 시작한다. 벤처는 2년 이내 설립할 계획. 현재 로봇에서 많이 사용되는 이미지 센서나 압력 센서 등으로는 검출이 어려운 접촉이나 접근을 검출하는 기술을 이용해, 재빠르고 복잡한 움직임이 가능한 로봇을 개발할 계획이다.

근접각 센서는 로봇이 물체를 잡으려고 할 때 핸드 등이 대상 물체에 수 센티까지 가까워진 시점에서 비접촉으로 대상물을 검지하거나 자세를 파악하기 위한 센서다. 시각이나 촉각과도 다르며, 이에 상응하는 감각이 인간에게는 없다. 현재의 로봇에서도 거의 볼 수 없는 감각이기 때문에 '근접각'이라고 불러 구별한다.

기존의 로봇은 시각에 해당하는 이미지 센서로 대상 물체의 위치나 자세를 특정한 후에 핸드를 움직이는 경우가 많다. 이 방법으로는 위치 특정 후에 물체가 이동했을 경우에 잘못 잡을 뿐만 아니라 빠른 파지 동작을 실현하기 어렵다는 단점이 있다. 핸드가 대상 물체에 가까워질수록 이미지 센서의 시야를 핸드가 가려 대상 물체를 인식할 수 없게 되므로 접촉을 감지하기까지 핸드를 저속으로 가까이 할 수밖에 없기 때문이다.

이 시각∙촉각을 보완하는 것이 근접하는 물체의 위치나 자세를 감지하는 근접각이다. 고야마 교수는 “인간에게 없는 감각이지만 로봇은 반드시 인간을 흉내 낼 필요는 없다”라며 연구를 진행해 왔다.

IoT 냉동고 벤처가 도전하는 Frozen Tech의 뜨거운 싸움

냉동 기술과 디지털 기술을 융합해, 식(食) 비즈니스의 부가가치 향상과 식품 손실 삭감의 양립을 목표로 내건 벤처기업이 사업 확장에 속도를 붙이고 있다. 단지 얼리는 것이 아니라, 식품의 품질을 높게 유지할 수 있는 ‘특수 냉동’이라는 기술을 강점으로, IoT(사물인터넷) 기술을 이용한 냉동 레시피 업데이트나 원격 보수와 같은 기능을 갖춘 신형 냉동고를 이르면 2022년 10월에 실용화한다.

인터넷과 소프트웨어 기술을 부가가치의 원천으로 하는 전기자동차(EV) 기업 테슬라를 성공 모델로 삼고 있는, Frozen Tech 기업의 도전은 어떤 모습일까? 신형 냉동고를 개발하는 곳은 13년에 설립한 냉동 기술 벤처기업 데이브레이크(DAY BREAK)다. 데이브레이크의 기노시타(木下) 사장은 자사가 강점으로 하는 특수 냉동 기술에 대해 “식품의 세포 파괴를 극소화하는 냉동 기술이다”라고 설명한다.

급속하고 균일하게 냉각하는 냉동 기술을 토대로, 냉풍의 습도나 냉풍을 쏘는 방식 등을 식재료 별로 조정. 세포 손상을 최소한으로 하여 맛 성분의 유출을 억제한다. 또한 식재료의 모양을 유지하거나 조리가 끝난 따뜻한 식품을 급속 냉동할 수 있다고 한다.

데이브레이크는 특수 냉동이 가능한 냉동기의 판매나 도입 지원, 이 특수 냉동 기술로 냉동한 식재료 판매와 같은 사업을 전개한다. 음식점과 식품업체, 생산자가 주요 고객이다.

새로운 규격의 등장으로 다시 각광

LPWA(Low Power Wide Area)는 주변에 있는 모든 사물을 인터넷에 연결하는 IoT에 이용되는 무선통신기술이다. 예를 들면, 자동차나 가전, 시계, 환경측정센서 등, 다양한 디바이스를 인터넷에 연결해 정보를 교환하는데 사용된다.

IoT 디바이스 접속에는 무선통신이 자주 사용된다. 전파가 닿는 범위라면 디바이스를 임의의 장소에 설치할 수 있기 때문이다. 장소를 고정하지 않아도 되기 때문에 움직이는 기기에도 사용이 가능하다. 이러한 무선기술은 다수 존재하지만, 그 중에서도 제조업이나 유통서비스업, 사회 인프라와 같은 산업 용도로 기대되고 있는 것이 LPWA이다.

LPWA는 2017년에 활성화 되었지만 이후 붐은 일단 수그러들었다. 하지만 최근에 들어 새로운 규격의 실용화 및 서비스화가 다시 활발해지고 있다. 예를 들면, 소니네트워크커뮤니케이션이 소니의 독자적인 LPWA 규격 ‘ELTRES’을 통한 IoT 네트워크 상용 서비스를 2019년에 개시했다.

2021년 11월에는 무선 LAN 기기 인증 등을 실시하고 있는 동업 조합 '와이파이 얼라이언스(Wi-Fi Alliance)'가 LPWA의 와이파이 버전인 'Wi-Fi HaLow'의 인증 프로그램을 개시했다. 이번 특집에서는 LPWA의 최신 동향 및 기술을 상세하게 소개한다.

-- 속도는 느리지만 멀리까지 전파 도달--
IoT 디바이스를 접속하는 무선기술이라고 하면 가장 먼저 떠오르는 것이 무선 LAN(와이파이)이나 블루투스일 것이다. 하지만 와이파이나 블루투스의 통신 거리는 최대 수십~수백 미터 정도에 불과하다. 

시간 영역에서 다중시킨 수십 억의 물리 양자비트 생성 가능

NTT는 도쿄대학, 이화학연구소(RIKEN)와 공동으로 21년 12월 22일, 광양자컴퓨터의 기간 기술인 신형 양자 광원 모듈을 개발했다고 발표했다. 이 광원 모듈은 입출력 광섬유와 일체화된 ‘광섬유 접속형’이라는 구조로, 손바닥 크기에 대규모 계산에 필요한 고양자(高量子) 노이즈 압착, THz급 주파수로 작동이 가능하다는 특징을 갖고 있다.

공동연구를 실시하는 도쿄대학 대학원 공학계연구과 후루사와(古澤) 교수는 “이번 모듈은 게임 체인저가 될 기술이다. 대규모 양자컴퓨터의 실현에는 집적회로화가 필수라고 생각했었다. 그러나 집적회로화는 필요 없고, 모듈과 광섬유 광학계만으로 실현할 수 있음이 실증되었다. 대규모 양자컴퓨터 실현이 단번에 현실성을 띠게 되었다”라고 말했다.

IBM이나 구글 등이 개발하고 있는 양자컴퓨터는, 같은 시각에 공간적으로 양자 비트를 보관 유지하는 방식으로, 현재 100 물리 양자비트 정도를 실현할 수 있다. 단, 오류 정정이 가능하기 위해서는 1000개 정도의 물리 양자비트를 조합해 사용할 필요가 있다.

오류 정정이 가능하고 실용적인 성능을 가진 범용적인 양자컴퓨터를 위해서는 100만 개 이상의 물리 양자비트가 필요하다. “그 때문에 공간적으로 양자비트를 보관 유지하는 방식은 양자비트를 늘리면 늘릴수록 초전도를 위한 냉각 시스템이나 진공 장치가 대규모가 되는 등 기술적인 장벽이 높다”(후루사와 교수).

시장동향 및 기술동향

세계의 인구 증가에 따라, '사람', ‘사물’의 움직임도 활발해지는 가운데, 세계의 생명선이자 글로벌 경제에 직결되는 해운 업계에는 ICT의 거대한 비즈니스 찬스가 존재한다. 해운 업계에서는 글로벌한 개편이 진행되고 있으며, ICT를 활용한 솔루션이 잇따라 탄생하고 있다. 이번 보고서에는 해운 업계에 대한 젊은이들의 참여를 기대하며, 해운 업계의 디지털화 증가치의 크기를 전달함과 동시에, 해운 분야에서 세계 및 일본이 안고 있는 과제와 그 대책을 위한 ICT 활용의 최신 동향에 대해서 설명한다.

각 장의 구성으로는 2장에서 해운 업계의 개관에 대해서 설명하며, 3장에서는 해운 업계가 안고 있는 큰 과제와 대응 사례에 대해서 기재한다. 4장에서는 환경보호와 해운 디지털화에 관한 국내외 제도·정책의 동향에 대해서 개요를 기재하며, 5장에서는 과제에 대응하기 위한 다양한 기술의 동향을 예를 들어 구체적으로 기재한다. 6장에서는 향후의 기대에 대해 정리한다.

5. 1 육해공 선박 연료의 변화, 조선 시장의 동향
SeaASIA2019에 보고된 DNV GL에 의한 연간 에너지 사용량의 예측에 따르면, 2050년까지 자연에너지 등의 비(非)화석 에너지의 사용 비율이 50%까지 증가할 것으로 예측되고 있다(나머지 50%가 원유 및 천연가스 등의 화석 에너지), 화석 에너지의 내역으로는 2020년대 후반부터 석유·석탄의 사용량은 하향세가 되면서 천연 가스의 사용량이 주(主)가 될 예상이다.

The Future is Faster than You Think

얼마 전까지 생명과학은 의사나 학자 등의 특정한 사람들만 알면 되는 것이었다. 왜냐하면 선택지가 적고 타인에게 맡겨 놓아도 충분했기 때문이다. 그러나 현대에 와서는 그렇게 할 수는 없게 되었다.

지금까지는 수수께끼 같았던 생명현상이 광학 기기와 정보처리 기술 등에 의한 연구의 고도화 등으로 상당히 빠른 속도로 해명이 되고 있음에 따라, 의료와 식품 등의 일상생활에 연구결과가 응용되는 경우가 증가하고 있기 때문이다.

우리들 생활에 과학이 맹렬한 추세로 혼입되고, 그 양도 눈이 부실 정도이다. 즉 선택지가 많아지게 되는 지금, 생명공학의 기초지식이 있으면 자신이 만족한 선택을 할 수 있게 된다.

과학적 선택이 필요하게 되는 것은 병이 걸렸을 때 만이 아니다. 식품을 고를 때나 몸에 좋다고 생각되는 새로운 것을 보았을 때 등, 놀랄 만큼 많다. 이럴 때 과학을 이해하고 있는 것이 크게 도움이 될 것이며, 이 책의 커다란 목적이기도 하다.