안전한 자율주행 기술 개발의 선봉장 ‘모라이’

디지털 트윈 기반 시뮬레이션 기술로 안전한 자율주행 기술 개발 지원한다

자동차, 항공기 등 다양한 모빌리티 분야에서 무인화가 빠르게 진행되고 있다. 하지만 자동차 관련 기업들의 기술, 전략 발표에 비해 실제 적용은 그리 빠르게 진행되고 있지 못했던 것 또한 사실이다.

자율주행 시스템의 안전성과 신뢰성을 보증하기 위해서는 무한대에 가까운 주행거리가 필요하지만, 이를 실제 도로 주행을 통해 테스트한다는 것은 거의 불가능에 가깝다. 실제 도로에서는 다양한 빛 조건, 날씨 조건, 도로의 기하학적인 구조와 노면 등 다양한 변수가 존재하며, 갑자기 끼어드는 차량이나 보행자, 야생동물 등 예측하기 힘든 돌발상황들이 발행하기 때문에 이 모든 변수와 복합적인 조건을 모두 테스트한다는 것은 불가능하다.

특히 ADAS(Advanced Driver Assistance System)와 같은 부분적인 주행 보조가 아닌 3단계 이상의 본격적인 자율주행 시스템이 시도되면서 가상 환경에서 자율주행을 테스트하기 위한 시뮬레이터의 역할이 더욱 중요해지고 있다.

이런 자율주행 시뮬레이션 기술 분야에서 설립 5년도 채 안 된 국내 기업이 어떤 두각을 드러내고 있다. 디지털 트윈 기반 고정밀 시뮬레이션 기술로 자동차뿐 아니라 다양한 무인 이동체를 위한 시뮬레이션 기술을 개발하고 있는 모라이가 바로 그 주인공이다.

자율주행 기술 개발의 필수 요소 ‘시뮬레이션’

실제 도로에서는 사고 상황을 반복 테스트할 수 없을 뿐 아니라 사고 상황은 빈번하게 발생하지 않는다. 또한 실제 도로 테스트 중에는 마주할 수 있는 상황은 평이한 상황이 대부분이며, 자율주행이 실패하는 상황과 마주치기 위해서는 복잡한 교통상황에서 빠른 속도로 주행해야 하는데, 안전이 확보할 수 없기 때문에 동일한 상황을 반복 재현하기 매우 어렵다.

또한 테스트해야 되는 차량 자체도 너무나 복잡해지고 있다. 장착되는 센서의 수도 기하급수적으로 증가하고 있으며, 양산 차에도 이미 10가지 이상의 다양한 종류의 센서들이 장착되고 있다. 또한 센서에서 생성된 데이터를 수집, 처리해야하기 위한 ECU 또한 증가 추세를 보이고 있다.

이렇게 점점 복잡해지고 있는 완제품 차량의 전체를 테스트하려면 굉장히 많은 테스트 툴과 다양하고 복잡한 절차를 거쳐야 한다. 그리고 이런 차량을 실제 도로에서 사고 발생 상황을 재현해 테스트한다는 것은 불가능에 가까울 뿐 아니라, 실제 발생한 문제의 원인을 파악하는 것도 매우 어렵다.

그렇다면 자율주행에서 자동차, 탑승자, 그리고 보행자의 안전을 지키기 위해 가장 먼저 해야 할 일은 각종 상황을 시뮬레이션해서 문제를 사전에 발견하고 해결해 나가는 것이다. 자동차, 그리고 자동차의 각종 기능을 개발하는 과정에서 시뮬레이션이 가져오는 이점은 이런 안전 부분에 있어 더욱 크다. 특히 개발 진행 과정에서 동시에 진행되는 시뮬레이션으로 개발 소요 시간을 단축시킬 수 있으며, 보다 안전하고 경제적이며, 최고의 성능을 제공하는 자동차를 만들어 갈 수 있기 때문이다.

이런 복잡한 차량을 테스트하기 위한 풀 체인 개발이 이뤄지고 있으며, 이런 배경에서 자동차 제작사, 인증/평가 기관, 모라이와 같은 스타트업 등이 자율주행 시뮬레이터에 개발에 나서고 있다.

더구나 이런 시뮬레이션 기술은 자율주행차량은 물론이고 플라잉카(Flying car)라 불리는 UAM(Urban Air Mobility), 드론, 무인로봇 등 차세대 모빌리티 시장의 성장과 함께 안전하고 비용 효율적인 테스트 환경을 제공한다는 점 때문에 더욱 주목받고 있다.

모라이의 정지원 CEO

테스트 과정에서의 시간과 비용 절감

‘MObility Research + AI’라는 뜻을 가진 모라이(MORAI)는 2018년 한국과학기술원(KAIST) 출신 두명의 동문이 창업한 자율주행 시뮬레이션 전문기업으로 시뮬레이션 분야에서 시작했지만, 향후 무인이동체, 모빌리티 분야 전반으로 사업 영역을 확장할 것을 염두에 두고 회사명을 지었다.

현재도, 자율주행차량뿐 아니라, UAM, 무인 로봇 등에 모라이 시뮬레이션을 활용하는 것에 대하여 다방면으로 논의가 진행되고 있으며, 이에 맞춰 기술 개발 또한 추진되고 있다.

대학원에서 자율주행 기술을 연구하면서 실제 차량 기반으로 도로에서 많은 테스트를 진행하던 모라이의 정지원 CEO와 홍준 CTO는 당시에는 현재 화두가 되고 있는 디지털 트윈이나 메타버스 같은 가상 환경 기반의 검증이나 테스트 기술들이 많이 없었기 때문에, 실제 도로에서 수많은 테스트를 진행하는 과정에서 많은 어려움을 겪었으며, 실제 도로 시험 중 사고도 발생하기도 했었다. 정지원 CEO는 “이처럼 위험하고 비용이 많이 들던 상황에서 좀 더 효율적으로 개발하고 검증할 수 있는 환경을 구축함으로써, 개발자들이 좀더 편하게 개발할 수 있는 환경을 만들고 싶었다”고 말한다.

정지원 CEO는 “당시 시장에는 자율주행에 특화된 시뮬레이터가 없었다. 연구 개발에 최적화된 시뮬레이션 환경을 만들면 시장의 수요가 있을 것으로 판단했다. 시장의 성장 가능성을 봤다”며, “현재 자율주행 시뮬레이션이 주로 활용되는 분야는 자율주행차의 알고리즘 개발 분야다. 자율주행차에 탑재하는 알고리즘을 개발하는 과정에서 해당 알고리즘의 안전성과 신뢰성을 검증하기 위해 모라이의 시뮬레이션 플랫폼을 활용하고 있다”고 모라이의 시뮬레이션 기술의 적용 분야를 설명한다.

모라이는 2018년 설립 초기부터 네이버, 현대자동차, 카카오벤처스 등으로부터 투자를 유치하면서 두각을 드러내기 시작해 CES에 5년 연속 참가, 그리고 해외 법인으로 미국에 지사를 설립하는 등 아직 시장 진입 초기임에도 발빠른 움직임을 보이고 있다.

특히 이번 CES 2023에서는 기존의 자동차 시뮬레이션 기술인 모라이 심 드라이브(MORAI SIM Drive)외에도, 로보틱스와 항공이동체, 교통관제 각각에 특화한 모라이 심 로보틱스(MORAI SIM Robotics), 모라이 심 에어(MORAI SIM Air), 모라이 심 트래픽(MORAI SIM Traffic) 등을 발표함으로써 다양한 자율주행 모빌리티를 위한 시뮬레이션 기술을 공개했다.

CES 2023에 참여한 모라이의 부스 전경

정밀지도 데이터 기반 디지털 트윈 자동 구축 기술이 핵심

모라이의 자율주행 시뮬레이션 플랫폼인 ‘MORAI SIM’은 복잡한 물리적 상황과 기상 변화, 시간에 따른 조도 변화까지 현실과 동일한 가상 환경을 디지털 트윈으로 구축해 제공하는 것이 특징이다. 자율주행차량의 안전성과 신뢰성 검증을 위한 시뮬레이션 플랫폼으로써, 모라이는 자율주행 자동차뿐 아니라 로봇, 선박, 항공 등 다양한 무인 모빌리티 플랫폼의 안전성을 검증할 수 있도록 기능을 확대해 나가고 있다. 또한 자율주행차량 시대를 미리 준비할 수 있도록, 디지털 트윈 환경에서 교통을 관제할 수 있는 기능 또한 제공하고 있다.

모라이는 정밀지도(HD map) 데이터 기반의 디지털 트윈 자동 구축기술을 통해 복잡한 도로 환경을 가상에서 동일하게 재현해 고객들이 보다 정확하게 자율주행 소프트웨어와 시스템을 검증할 수 있도록 지원한다.

필드 테스트로는 자율주행차에 대해 다양한 돌발상황과 기상조건 등을 충분히 검증하는 것이 불가능하기 때문에, 시뮬레이션 플랫폼을 통해 가상의 주행 환경에서 자율주행차를 테스트하여 시스템을 검증하는 것이 필수적이다.

모라이 시뮬레이션 플랫폼은 자율주행차의 인지, 제어, 판단 전 과정에 대한 테스트를 수행할 수 있고, 이를 통해 자율주행차에 탑재된 알고리즘이 개발 의도대로 작동하고 안전을 유지할 수 있는지 검증한다.

모라이 시뮬레이션 플랫폼 ‘MORAI SIM’은 현실과 흡사한 고충실도 시뮬레이션 환경과 센서, 차량모델, 시나리오가 포함된 가상 플랫폼을 제공한다. 보행자 충돌 위험성 등 실제 도로에서 검증하기 어려운 시나리오 테스트도 수만 번 반복이 가능해 신뢰성과 안전성을 갖춘 검증이 가능하다. 특히 최근 개발한 ‘MORAI SIM CLOUD’는 기존 제품에 SaaS방식을 도입해 별도의 프로그램 없이 클라우드 환경에서 1대의 PC로 수 천대를 동시에 시뮬레이션 하는 것과 같은 효과를 낼 수 있다.

정지원 CEO는 “모라이는 가상환경 기반의 시뮬레이션이 가상에서 끝나는 것이 아니라 실제 환경과 직접적으로 연계될 수 있도록 가상과 실제의 갭을 최소화하는데 초점을 맞추고 있다. 가상의 시뮬레이션이 아닌 실제 지도 데이터, 교통 데이터, 센서 데이터를 기반으로 가상과 실제의 차이를 최소화하는데 집중했다”고 ‘MORAI SIM’의 특징을 설명한다.

사람이 실제 도로에 나가지 않더라도 최대한 많은 테스트를 할 수 있도록 하는 데 중점을 두고 있으며, 이런 과정에서 자율주행차가 실제 도로에서 경험할 수 있는 거의 모든 상황을 모사하기 위해서 각종 요소 기술을 개발하고 있다.

모라이의 시뮬레이션 플랫폼은 고성능 3D 그래픽 엔진을 이용해 현실세계의 복잡한 교통상황, 다양한 기상 상황과 시간에 따른 빛의 변화까지 포함하여, 사실적이고 자유롭게 변경 가능한 가상의 도로 환경을 구현하고 있다.

정지원 CEO는 “모라이의 강점은 정밀지도(HD map) 데이터 기반 디지털 트윈 자동 변환에 있다. 모라이는 정밀지도 데이터를 디지털 트윈으로 자동으로 구축하는 독자적인 기술을 개발해, 자율주행차가 실제로 달리게 될 도로를 높은 완성도로 시뮬레이션 할 수 있는 환경을 제공한다”고 설명한다.

모라이의 자동화 기술은 95% 수준의 자동화가 가능하며, 라스베가스 규모의 도시를 하루 정도의 매우 빠른 시간안에 구현할 수 있다. 실제 정밀도로지도 데이터를 활용해 10cm 수준의 정밀도를 갖는 디지털 트윈 시뮬레이션 환경을 구축할 수 있다. 현재 모라이 시뮬레이션 플랫폼 ‘MORAI SIM’에는 서울, 판교, 대구 등 국내뿐 아니라 해외 지도 파트너와의 협력을 통해 싱가포르, 라스베가스, 샌프란시스코, 시애틀 등의 전 세계 20여개 지역을 구축했다. 이런 특징 때문에 한국뿐 아니라 해외의 많은 기업들이 이 기술에 관심을 보이고 있다고 정지원 CEO는 설명한다.

또한 실제 차량과 유사한 차량 모델링 기술을 보유하고 있어, 실제와 동일한 비율과 크기로 시뮬레이션용 차량 제작이 가능하다. 차량 센서 형태 또한 그대로 유지해 시뮬레이션 속 원하는 위치에 임의 배치가 가능하다. 실제 차량 거동 시험 데이터를 활용해 실제 차량과 유사한 움직임을 나타내도록 지원하며, 세단, SUV, 상용차(버스, 트럭) 외에도 UAM까지 지원한다.

자율주행 시뮬레이션 플랫폼, MORAI SIM에서 구현한 디지털 트윈 화면

자율주행 차량 관련 교통관제 시뮬레이션가지 제공

‘MORAI SIM’ 플랫폼은 현재 자율주행차량을 위한 모라이 심 드라이브(MORAI SIM Drive)외에도 모라이 심 로보틱스(MORAI SIM Robotics), 모라이 심 에어(MORAI SIM Air), 모라이 심 트래픽(MORAI SIM Traffic) 등의 솔루션이 개발을 완료했다.

로보틱스 애플리케이션에 특화된 모라이 심 로보틱스(MORAI SIM Robotics)는 가상 환경에서 AMR(Autonomous Mobile Robot) 검증을 위한 시뮬레이터로, 차륜형 이동로봇 외에도, 보행 로봇, 매니퓰레이터(manipulator)와 같은 다양한 종류의 로봇을 모델링하며, 다양한 동역학 모델을 적용해 시뮬레이션 환경에서 현실과 같은 움직임을 묘사한다. 또한 공장, 빌딩 등 실내 환경부터 실외 보행 도로까지 AMR이 주행할 수 있는 다양한 환경을 현실과 동일하게 구현한다.

모라이 심 에어(MORAI SIM Air)는 UAM과 드론 등 차세대 항공 모빌리티를 위한 비행체 전용 시뮬레이션 솔루션으로, 가상 환경에서 비행체의 시스템 안전성을 검증한다. UAM 운영 시 도심에서 발생할 수 있는 다양한 비행 환경을 시뮬레이션으로 재현해, 위험 상황을 사전에 방지하고 대비하는 등 기체의 안전성을 검증한다.

디지털 트윈 기술을 교통관제 시스템에 접목한 모라이 심 트래픽(MORAI SIM Traffic)은 현실과 동일한 교통환경을 가상 환경에서 구현해, 정밀한 교통관제를 지원한다. 모라이 심 트래픽은 도로 네트워크상의 자율주행 차량은 물론 커넥티드 차량, 보행자와 인프라 정보를 실시간으로 3D 환경에 표현해, 전반적인 교통흐름(Traffic flow)을 시각화하고, 분석할 수 있다. 또한 실시간으로 수집된 교통량 정보를 반영해 가상 환경에 실제와 유사한 교통 흐름을 생성해 교통 흐름이 자율주행이나 커넥티드 차량에 미치는 영향성을 분석하고, 반대로 이들 차량이 전체적인 교통흐름에 미치는 영향성을 검증하고 분석할 수 있다.

기술력 확보 통한 해외 시장 진출 꿈꾼다

아직 설립 5년이 채 안 된 테크 스타트업인 모라이는 기술 경쟁력 확보가 가장 중요한 선결 과제라고 생각하고, 기술력 강화를 위해 계속 힘쓸 계획이다. 이를 위해 R&D 투자를 계속하고, 현재 소프트웨어 개발과 엔지니어링 전문 인력 포함 110명 이상의 직원을 보유하고 있음에도 불구하고 우수 인재 충원도 지속적으로 확대해 나갈 계획이다. 정지원 CEO는 “이렇게 확보한 기술력을 기반으로 모라이 시뮬레이션 플랫폼을 업계를 대표하는 시뮬레이션 플랫폼으로 자리매김할 것”이라고 포부를 밝히고 있다.

모라이는 2023년에 자율주행 시뮬레이션 인증 툴을 위한 ISO 표준 인증 취득을 준비하고 있다. ISO 인증을 취득함으로써 공신력 있는 툴로서, 국가 표준 시뮬레이터나 글로벌에서 통용될 수 있는 표준화된 툴로 인정받을 수 있도록 준비하고 있는 것이다.

해외 시장 진출도 강화해 나갈 계획이다. 2020년 미국 샌프란시스코에 현지법인을 설립해 북미 시장 고객 확충을 계획하고 있으며, 현재 독일·싱가포르 현지법인 설립도 추진중이다. 정지원 CEO는 “해외 기업, 연구·교육 기관 등과 지속적으로 협업을 진행해 다양한 시너지 효과를 창출하고, 자율주행 분야에서 세계적으로 권위있는 학술대회 등과 연계해 모라이의 기술을 세계시장의 표준으로 고도화해 나갈 계획”이라고 모라이의 향후 계획에 대해 말하고 있다.