‘한계 돌파’ 시뮬레이션

컴퓨터 성능 향상, 비용 절감 및 제품의 부가가치를 높이는 수단

컴퓨터의 성능 향상을 배경으로, 시뮬레이션은 제조 현장에서 한층 더 가까워졌다. 실험을 대체할 수 있어 비용 절감으로 이어질 뿐만 아니라, 제품의 부가가치를 높이는 수단으로 존재감이 높아지고 있다. 복잡해지는 제품 개발에서 컴퓨터의 힘을 빌리는 것은 지름길이라고 할 수 있을 것이다. 제조업에서의 시뮬레이션 활용 현장을 취재했다.

Part1. 총론
새로운 도전으로 '한계 돌파', 계산 능력 효과가 제조업으로 확대

제조업에 있어서 시뮬레이션은 그다지 새로운 것은 아니다. 최근 20년간 시뮬레이션은 연구기관이나 대기업뿐만 아니라, 중소기업에 있어서도 광범위하게 활용하기 쉬운 툴이 되었다. 닛케이모노즈쿠리가 실시한 설문조사에서는 응답자의 65.8%가 ‘시뮬레이션 활용이 확대되고 있다’고 답했다.

그 배경에는 끊임없이 진화하는 컴퓨터의 처리능력이 있다. 규모에 따라 다르지만 응력해석이나 유체 해석 등의 툴을 시험할 경우, 반드시 대규모 워크스테이션을 마련할 필요는 없어졌다. 클라우드를 통해 이용할 수 있는 툴도 등장하고 있다.

설계의 초기 단계부터 시뮬레이션을 부담 없이 활용할 수 있다면, 지금까지 할 수 없었던 검토가 가능해지거나, 생각지도 못한 아이디어를 얻게 되거나 또는 공수를 큰 폭으로 단축하는 등 새로운 부가가치를 제품이나 서비스에 포함시킬 수 있다. 기존 제조의 ‘한계’를 돌파하기 위한 툴이 될 수 있는 것이다.

인체 감지 센서나 컴퓨터 비전에 대응

목적에 따라 해상도를 변경해서 촬영하고, 복수의 센싱 용도를 커버한다. 그런 새로운 이미지 센서를 미국 Sony Electronics와 Sony Semiconductor Solutions, Sony LSI Design의 연구 그룹이 개발했다.

개발 성과는 ‘반도체업계의 올림픽’이라고 불리는 국제회의 ‘ISSCC(International Solid-State Circuits Conference) 2022’에서 발표했다. 2018년의 ISSCC에서도 동종의 이미지 센서를 발표했지만 보다 세밀하게 해상도를 변경할 수 있도록 하여 다양한 용도로 사용할 수 있다.

대표적인 용도로 상정하고 있는 것은 통상의 카메라와 더불어 인체 감지 센서나 컴퓨터 비전(CV)으로도 이용하는 것이다. 우선, 모션(동작) 검출 모드에서 해상도를 대폭으로 떨어뜨려, 인체 감지 센서나 물체의 대략적인 움직임을 검출하는 센서로서 이용한다.

다음으로 동작 검출 모드에서 동작 중에 사람 비슷한 것을 검출하면, CV 모드로 변경해 다소 해상도를 올려 사람이나 손, 물체의 인식, 얼굴 인식 등을 한다. CV 모드에서 사람이나 물체 등을 인식한 후에 선명한 이미지를 찍을 필요가 있다면 높은 해상도인 ‘뷰잉 모드’로 이행한다.

초보 운전자에 초점

파이오니어는 2022년 3월에, 음성만으로 조작이나 안내가 가능한 카내비게이션 기능을 갖춘 시판 차량탑재 기기 ‘NP1’을 발매했다. 기존 카내비게이션의 주요 HMI(휴먼 머신 인터페이스)인 디스플레이를 생략했다. 파이오니어가 자랑으로 여기는 ‘소리’를 중심으로 하는 HMI로, 운전에 서툰 유저 등을 확보한다. 2025년 전후에 연간 수십만 대 규모의 판매를 목표로 한다.

신제품은 주로 운전자와의 음성 대화를 통해 목적지까지 안내한다. 예를 들면 “이 길이 맞니?”라고 질문을 건네면 “네, 맞습니다”라고 대답한다. 우회전이나 좌회전을 할 때는 “100m 앞에서 좌회전”과 같은 수치로 말하는 것이 아니라, “두 번째 신호에서 우회전”이나 “다음 주유소 앞에서 좌회전”과 같이 구체적인 이정표를 알려주는 것이 특징이다. 목적지로 가는 데 적절한 차선을 안내하는 기능도 갖추고 있다.

파이오니어의 사카모토(坂本) 상무는 신제품의 기능에 대해 “상황을 파악하면서 조수석에 앉은 사람의 시각에서 안내한다”라고 표현한다. 음성 내비게이션 기능에 대해서는, 특히 운전이나 기기 조작에 불안을 느끼는 유저의 이용을 전망하고 있다.

음성 인식 시장에는 애플 등 미국의 대형 IT 기업이 참가하면서 생활 속에 다양한 음성 서비스가 보급되었다. 차량탑재 분야에서는 미국 아마존닷컴의 ‘알렉사’나 구글의 ‘구글 어시스턴트’가 이미 침투하기 시작했다.

히로시마에서 진행되는 산학 연계 헬스케어 IoT

앉기만 해도 심장과 혈류 상태를 추정할 수 있는 의자를 개발하고 있다. 개발 기업은 자동차용 시트를 전개하는 델타공업(히로시마현)과 그 그룹 기업인 델타투어링(히로시마시), 그리고 히로시마대학 의학부가 제휴한 산학 연구팀이다.

연구팀은 최근 심장의 진동을 감지하는 음향 센서를 개발하는 데 성공했다. 이 센서를 내장한 의자에 앉으면 등 등에서 심장의 진동을 감지할 수 있다. 의자의 IoT(사물인터넷)화로 심장 상태를 파악하기 쉬워져 심장병을 조기에 발견할 수 있는 가능성이 있다.

음향 센서는 0.5~80Hz의 진동을 포착하는 콘덴서형 마이크로폰과 델타투어링이 개발한 자동차용 시트 소재 '3D-NET' 등으로 구성된다. 3D-NET는 폴리에스테르계 실을 입체적으로 짜낸 소재로, 마이크로폰의 진동을 감지하는 감지면을 덮도록 접촉시키고 있다.

왜 마이크로폰을 3D-NET로 덮는 것일까? 그것은 ‘확률 공명’이라고 부르는 현상을 발생시켜 미약한 진동을 쉽게 포착하기 위해서다. 확률 공명이란, 입력값에 굳이 노이즈를 더함으로써 진동을 공명시키는 것이다. 3D-NET는 이 노이즈를 더하는 역할을 하고 있다.

1층이 침수되어도 입주민 생활 유지 가능하도록 설계

다이토건택은 수해 대책에 특화된 방재 배려형 임대 주택 ‘니모(niimo)’ 판매를 3월 11일에 개시했다. 평상 시에는 개방적인 주거 공간, 재해 시에는 '수해 피해'에도 강한 주거 공간을 컨셉트로 하고 있다. 1층이 철근콘크리트(RC) 구조, 2~3층이 목조 투바이포(2by4) 공법의 혼합 구조로 되어 있다.

침수 상정 높이는 1.5m. 1층은 평소 지붕이 있는 주차장이나 자전거 보관 장소로 이용. 안쪽에는 다용도로 사용할 수 있는 별관 공간이 마련되어 있다. 별관 바닥이 타일로 시공되어 있어 침수 시 진흙 청소 등을 편하게 할 수 있다. 1층은 철근 콘크리트 구조이기 때문에 침수되어도 손상되지 않으며, 내벽은 콘크리트로 시공해 청소하기 쉽고 복구도 빠르다.

-- 피해 후에도 2~3층에서 생활 지속할 수 있어 --
거주 공간은 침수 가능성이 낮은 2~3층에 집약. 침수 시에는 2~3층에 '재택 피난(수직 피난)'한다. 재해 직후나 복구 작업 중이라도 입주민이 다른 장소에 대피하거나 퇴거하지 않고 그대로 2~3층에서 생활을 지속할 수 있는 것을 상정한 설계이다.

방 구조는 2LDK+별관으로, 1가구의 평균적 전용 면적은 약 80m². 다이토건택은 첫해에 50동 판매를 목표로 하고 있다. 가격은 지역이나 건설 규모에 따라 다르기 때문에 

실리콘밸리의 일류 투자가가 가르쳐 준다

일본은 그야말로 기술 후진국이라는 말들이 각종 미디어로부터 지적이 되고 있다. 확실하게 세계의 최선두를 달리고 있던 수 십년 전에 비교하면, 일본의 영향력이 쇠퇴하고 있는 것은 틀림이 없다고 생각된다.

AI, 클라우드, 5G에 국한되지 않고, 세계 중의 테크놀로지가 진흥과 쇠퇴를 반복해 나가는 가운데, 트렌드로부터 후수가 되어가고 있는 것이다. 외국에서는 이미 최첨단의 기술로서 잊혀져 가고 있는 분야가 수년 후에 일본에 들어오고 있는 것이다. 얼마 전까지는 생각할 수 없는 일이 일어나고 있는 것이다.

최근에 들어서 일본이 위기감을 가지기 시작한 것에는 이유가 있는데, 2020년 초부터 세계적인 유행을 보이기 시작한 코로나바이러스이다. 각 기업들은 이 맹위에 대응하기 위해 급속한 진화를 요구 받게 되었고, 그 결과는 전세계에서 테크놀로지의 진척을 2~3개월에 2년 정도를 빠르게 진행시켰다고 이야기 되고 있다.

한편으로는 이러한 기술을 외부에 의존하고 있던 기업들은 순식간에 2년의 격차가 발생하게 되었는데, 이러한 후수를 취한 기업들이 많았던 것으로 일본의 취약점이 노출되게 되었던 것이다. 그러나 이것은 동시에 기회이기도 했다.

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