출처 : https://www.carsensor.net/contents/editor/category_1585/_66677.html

        https://jidounten-lab.com/y_lidar-toha-matome-eye

 

▣ 최근 화제가 되고 있는 ‘LiDAR’란?

 

자율주행 관련 기사 등에 ‘LiDAR(Light Detection and Ranging)’가 자주 등장한다.

 

‘LiDAR’는 광센서의 일종으로 대상물에 레이저를 쏘고 그 반사광을 계측하여 대상물까지의 거리 및 형태를 측정하는 기술이다.

 

LiDAR는 2020년에 발표된 Apple의 iPhone12 Pro에 채용되었다. 하지만 근거가 되는 생각은 똑같아도, 용도나 기술 측면에서는 자동차용이 훨씬 수준이 높다. 또한 기술로서는 이미 항공기 등에서도 사용되고 있으며, 요즘에는 드론(전문가용)에도 탑재되어 있다.

 

자동차에서 사용되는 첨단 운전 지원 기술인 LiDAR에는, 지금까지 밀리파 레이더와 카메라가 적극적으로 채용되었고, 일정한 성과를 거두었다. 그리고 그 기술 수준도 나날이 발전하고 있다.

 

그러한 밀리파 레이더와 카메라, 그리고 LiDAR는 무엇이 다를까?

 

먼저 개념적으로 보면, 밀리파 레이더는 LiDAR에 가깝다. 비교적 저렴하며, 야간이나 악천후 속에서도 레이더파가 대상물에 도달하기 때문에 측정하기 쉽다. 한편, 대상물이 작은 경우에는 감지하기 어렵다. 고속도로 등에서 가끔 보게 되는 ‘낙하물’, 예를 들어 종이상자나 목재 등은 반사율이 낮기 때문에 감지하지 못하는 경우도 있다.

 

그리고 카메라는 악천후나 야간에는 약점을 드러낸다. 또한 초음파 센서는 근거리에서의 정밀도는 높지만, 차간거리를 측정하는 등의 원거리에는 취약하다. 주차할 때 사용되는 back sonar를 떠올리면 그 용도를 이해할 수 있을 것이다.

 

▣ LiDAR의 가장 큰 장점과 단점

 

이를 보완하기 위해 등장한 것이 LiDAR인데, 가장 큰 특징은 대상물을 3D(입체적)로 검출할 수 있다는 점이다.

 

앞에서 주행하는 차량, 특히 여러 대상물을 식별할 수 있다는 점이 앞서 기술한 밀리파 레이더와 카메라에 비해 뛰어난 점이다. 이것이 자율주행 기술에 응용되는 이유이다. 앞에서 밝힌 것처럼 항공기에서는 이미 사용되었던 실적이 있기 때문에, 자동차로의 전용 자체는 그리 어렵지 않다. 하지만 ‘길이 없는’ 항공기와 비교하면, 도로와 여러 대의 차량, 그리고 사람이 있는 자동차 영역에서는 매우 복잡한 시스템이 요구된다.

 

한편 단점은, 시스템 자체의 가격이 높다는 것이다. 어떤 기술이든 처음에는 다 그렇지만, 가끔 도시에서 볼 수 있는 LiDAR를 장착한 시험 차량(루프 위에 유닛을 실은 것)에 탑재되어 있는 것만 해도 수천만 원 수준이며, 이는 자동차 한 대의 가격에 상응한다.

 

<그림1> 닛산이 개발하고 있는 차세대 LiDAR 기술을 이용한 운전 지원 기술(Ground Truth Perception 기술) 테스트 차량

 

<그림2> 루프 위에 부착된 것이 LiDAR다. 테스트 차량에는 그밖에도 10대의 카메라와 7기의 레이더가 장착되어 있다.

 

▣ LiDAR의 전망

 

굉장한 고가의 LiDAR지만, 차량 탑재용으로 유닛을 소형화하기 시작하여, 한정적이기는 해도 이미 국내 제네시스에는 장착되고 있다. LiDAR를 탑재, 채용함으로써 자율주행 레벨3을 실현하고 있다.

 

하지만 지금까지 언급한 기술은 모두 장단점이 뚜렷하여, LiDAR에 대해도 가격이 높다는 것과는 별개로 악천후 시 검출 정밀도가 낮다는 점이 우려된다.

 

앞으로는 이러한 기술을 복합적으로 조합시켜야(퓨전 테크놀로지) 한다. 각각의 기술이 가진 장단점을 보완함으로써 강인성을 높이기(외부의 영향을 쉽게 받지 않게 함) 위한 것이기도 하다.

 

해결해야 하는 문제는 많지만, LiDAR가 자율 주행의 핵심 기술임은 잊어서는 안된다.

 

▣ LiDAR의 가격 : 개발 초기에는 9천만 원에서 현재는 수천만 원 정도로

 

자율주행의 개발이 발전하면서 눈의 역할을 하는 센서의 중요성도 높아져, 기존의 카메라나 밀리파 레이더가 가진 결점을 보완할 수 있는 LiDAR에 주목하게 되었다. 개발 초기에는 시험 차량을 대상으로 했기 때문에 양산화하지 못하여 매우 고가였는데, 자율주행 개발 차량에 탑재된 벨로다인 라이다의 하이엔드 모델 가격은 7만 5,000달러(약 9천만 원)였다.

 

현재는 스타트업을 비롯하여 많은 기업이 LiDAR를 개발하고 있으며, 시장화를 염두에 두고 기능과 성능 향상을 양립시킨 모델을 잇달아 발표하고 있어, 범용기의 가격이 수천만 원 대로 떨어졌다.

 

▣ 해외의 LiDAR 개발 기업

 

Velodyne Lidar(미국) LiDAR계의 리딩 컴퍼니

 

<그림3> Velodyne Lidar의 보도자료

 

Velodyne Lidar는 2005년에 세계 최초의 3D 실시간 LiDAR 센서를 개발하여 특허를 취득하는 등, LiDAR 시장을 이끌어 왔다.

 

경쟁사가 나타난 후에도 최대 300m의 범위와 360도의 서라운드 뷰로 최대 0.1도의 수직 및 수평 해상도를 가진 실시간 3D 데이터를 제공하는 고성능 제품에서부터 비용 대비 효과가 높은 제품까지, 게으름을 피우지 않고 개발하여 업계를 이끌어 가고 있다.

 

가격을 100달러 정도로 줄일 수 있는 저렴한 모델도 개발하고 있어, 2018년 중에 샘플을 출하했다. 스웨덴의 자동차 회사 볼보를 비롯하여 독일 다임러, 미국 포드 등 대형 회사들이 거래하고 있다.

 

2019년 4월에는 니콘이 수탁 생산 계약을 체결하여, 벨로다인을 위한 LiDAR를 2022년 하반기부터 양산하고 있다. 2021년도에는 벨로다인에 2,500만 달러(약 307억 달러)를 출자하여 빠르게 거리를 좁히고 있는 것으로 보인다.

 

니콘의 광학 기술과 벨로다인의 LiDAR 기술이 통합되면서, 새로운 기술이 발전될 것으로 예상된다.

 

Luminar Technologies(미국) : SPAC 상장하고, 판매처도 확대하고 있음

 

LiDAR를 독자적으로 개발하는 2012년에 창업한 스타트업. 저가 유형을 제품화하고 있으며, 비용을 절감하기 위해 노력할 뿐 아니라 독자적인 기술에 의해 기존 제품보다 50배 이상 뛰어난 해상도를 자랑하며, 10배 이상 떨어진 거리에 있는 대상물을 인식할 수 있다고 한다.

 

토요타 자동차도 루미나의 LiDAR 기술력을 인정하여 이미 채용을 결정하였으며, 토요타가 실리콘밸리에 개설한 토요타 리서치 인스티튜트(TRI)와 이미 파트너십을 맺고 공동 개발 체제를 구축하였다.

 

2020년 5월에는 볼보자동차와 제휴했다. Luminar의 LiDAR와 감지 기술을 차세대 볼보 차량에 도입할 예정이다. Luminar에 있어 최초의 LiDAR 양산화 안건이며, 2022년경부터 탑재할 예정을 발표한 바 있다.

 

10월에는 다임러의 트럭 부문이 Luminar에 투자할 것임을 발표했다. 고속도로를 달리는 자율주행 트럭을 생산하기 위한 협업의 일부라고 한다.

 

그 후 2018년부터 개발 계약을 체결한 인텔 산하의 이스라엘 기업 Mobileye와 자율주행차를 위한 LiDAR를 공급하는 계약을 체결했음을 발표했다. Mobileye의 1세대 자율주행차에 Luminar의 LiDAR가 탑재된다.

 

Luminar는 2020년 12월에 미국 나스닥에 SPAC 상장하였고, 그 후로도 동사의 기세는 꺾이지 않았다.

 

2021년 3월에는 중국 기업 SAIC과 전략적 파트너십을 발표하고, 조만간 모든 차량에 Luminar의 LiDAR를 표준 탑재할 계획이다. 또한 5월에는 Pony.ai와 공동으로 개발한 새로운 센싱 플랫폼을 발표하였다.

 

이밖에도 Tesla가 Luminar와 LiDAR 관련 시험에 관한 계약을 체결했다는 보도도 있었다.

 

Cepton Technologies(미국) : 수요에 맞는 라인업으로 파트너가 증가하고 있음

 

벨로다인에서 엔지니어로 일했던 사람이 2016년에 설립한 스타트업이다. 넓은 수평 시야로 고해상도, 장거리 계측을 실현하는 ‘Vista-X120’ 및 고속도로에서의 충실한 오브젝트 프로파일링이 가능한 성능이 뛰어난 ‘Sora-P60’, 장거리 및 고해상도를 실현하는 최신 LiDAR ‘Vista-P90’ 등 각 용도에 맞는 폭넓은 라인업을 갖추고 있다는 것이 매력이다.

 

미국 외에 독일, 캐나다, 영국, 일본, 인도에 거점을 두고 있으며, 파트너를 확대하는 데에도 적극적으로 힘을 싣고 있다.

 

Cepton Technologies와 관련해서는, 2021년 8월에, SPAC 기업 Growth Capital Acquisition과 합병하여 SPAC 상장할 계획이 있다고 보도된 바 있다.

 

Quanergy Systems(미국) : 다임러 등이 출자함

 

2012년에 설립된 스타트업 Quanergy Systems도 일찍이 LiDAR를 제품화한 회사 중 하나다. 가격 및 성능, 신뢰성, 크기, 무게, 전력 효율이라는 6가지 주요 상업화 기준을 모두 충족하도록 설계된 360도 센싱이 가능한 M 시리즈 및 솔리드 스테이트식의 S 시리즈 등을 제품화하였다.

 

동사에 출자한 회사로는 독일의 다임러 및 한국의 삼성, Aptiv(구 델파이) 등이 있다.

 

Ouster(미국) : 이미 약 800개의 클라이언트를 보유

 

LiDAR를 개발하는 Ouster는 2015년에 창업한 미국 캘리포니아의 스타트업 기업이다.

 

자동화 회사를 비롯하여 로봇이나 드론, 농업 등 다양한 분야의 기업에 LiDAR를 판매하며, 현재는 자율주행 버스를 개발하는 May Mobility, 자율주행 트럭을 개발하는 Kodiak Robotics, 미항공우주국(NASA), 매사추세츠 공과대학(MIT) 등을 포함한 약 800개사의 클라이언트를 보유하고 있다.

 

자동차와 관련하여, 초광각 모델 및 중거리 · 장거리 모델 등의 LiDAR를 이미 제품화하였으며, 2020년 1월에는 2세대 제품으로 128개의 레이저 빔을 발사하는 신형 LiDAR 3종을 판매하기 시작했다. 이 신형은 기존 제품보다 해상도가 개선되었으며, 용도도 더 폭넓어졌다.

 

Ouster는 2021년 3월에, ‘OUST’라는 심볼로 뉴욕 증권거래소에서 주식을 매매하기 시작했다.

 

Aeva(미국) : 세계 최초의 4D-LiDAR 개발

 

Aeva는 애플에서 자율주행 프로젝트 ‘타이탄(Titan)’을 진행하던 엔지니어 2명이 2017년에 창업한 실리콘밸리의 스타트업이다. 이미 작고 저렴한 차세대 센서 시스템을 개발하고 있으며, 현재 세계 최초의 4D-LiDAR를 개발하고 있다.

 

2018년에 발표한 센서 시스템에는 LiDAR도 도입되어, 200m 이상 멀리 있는 물체를 감지하는 성능을 가지고 있다. 가격도 200~300달러 정도로 저렴하며, 크기가 작아 차량에 여러 대를 부착하기도 쉽다.

 

2021년 1분기에 뉴욕 증권거래소에서 SPAC 상장할 계획이다.

 

Aeye(미국) : 2021년 8월에 SPAC 상장

 

미국에서 LiDAR를 개발하는 기업 중에는 Aeye도 있다. 2021년 8월에, 특별인수목적회사(SPAC)인 미국 CF Finance Acquisition Corp. Ⅲ과의 합병을 완료하여, 미국 나스닥 시장에 상장한 것으로 화제를 모았다.

 

Aeye는 2013년에 창업했으며, 반도체 대기업 미국 NVIDIA나 자율주행 트럭을 개발하는 중국 기업 TuSimple 등과 파트너십을 체결한 것으로 알려져 있고, 일본의 SUBARU-SBI 펀드 등으로부터 출자를 받고 있다.

 

GM(미국) : Strobe 인수, 자율주행차 ‘Origin’에 탑재할 전망

 

미국 자동차 대기업 제네럴 모터스는 2017년에 LiDAR를 개발하는 스타트업 Strobe를 매수했다.

 

GM은 2016년에 자율주행 개발 스타트업 Cruise Automation도 인수하였으며, 2020년 1월에는 독자적인 자율주행차 ‘Origin’을 발표했다. Strobe가 개발한 LiDAR는 Origin에 들어갈 전망이며, GM 그룹 내에서 저비용 LiDAR의 개발 및 생산, 실장을 완결시킬 수 있는 체제를 구축하고 있다.

 

Ford(미국) : Argo AI를 통해 LiDAR 기술 취득, 벨로다인에도 출자

 

GM과 마찬가지로 미국 자동차 대기업인 포드도 출자 기업이 LiDAR 스타트업을 인수하였다. 포드가 2017년에 총 10억 달러(약 1조 원)의 출자를 발표한 AI 개발 스타트업 Argo AI는 같은 해에 독자적인 LiDAR 기술을 가진 Princeton Lightwave를 인수했다. Argo를 통해 포드도 LiDAR 기술을 손에 넣게 되었다.

 

또한 포드는 2016년에 벨로다인에 7,500만 달러(약 900억 원)를 출자할 것임을 발표했다. LiDAR를 둘러싼 공방은 계속될 전망이다.

 

LeddarTech(캐나다) : 판매 거점 확대 LiDAR 시장에 공세

 

캐나다에서는 LiDAR를 비롯한 센싱 솔루션을 개발하는 LeddarTech에 주목한다. 2019~2020년 사이에 판매 거점을 미국, 유럽, 홍콩, 중국으로 확대하였다.

 

탑티어 서플라이어를 대상으로 하는 LiDAR 플랫폼을 비롯하여 솔리드 스테이트식 LiDAR ‘Leddar Pixell’ 및 ‘Leddar M16’ ‘Leddar Vu8’ 등 각종 솔루션을 전개하고 있다.

 

신청 중인 것을 포함하여 70개가 넘는 특허 기술을 가지고 있으며, 판매 거점이 확대됨과 동시에 자율주행 업계에 폭넓게 공세할 태세를 갖추고 있다.

 

Bosch(독일) : 동사 최초의 장거리 LiDAR 생산 단계로

 

독일 자동차 부품 회사 Bosch는 2020년 1월에, 당사 최초의 차량에 탑재하기에 적합한 솔루션으로서 장거리 LiDAR를 개발하고, 생산 단계에 들어갔음을 발표했다.

 

다양한 자율주행의 유스케이스를 조사한 결과, 카메라와 레이더, 그리고 LiDAR, 이렇게 3종류의 센서를 병행하고, 상호 보완함으로써 비로소 안전한 자율주행을 실현할 수 있다고 보고, 3가지 센서 기술을 모두 최적화했다고 한다.

 

각 자동차 회사의 폭넓은 차종에 효율적으로 도입할 수 있는 모델이다. LiDAR의 실장이 급격하게 확대되는 2020년대를 확실하게 조준한 것이라 할 수 있다.

 

Continental AG(독일) : 렉서스 LS에 채용될 전망, 기능에 주목

 

Continental은 2016년에 Advanced Scientific Concepts로부터 고해상도 3D 플래시 라이다 사업을 인수하여, LiDAR 시장에 진출했다.

 

지금까지 다기능 카메라 체형 LiDAR ‘MFL4x0’ 및 솔리드 스테이트식 고해상도 플래시 LiDAR를 발표했다.

 

2019년 말에는 당사의 LiDAR를 채용한 첫 번째 사례가 일본계 기업이라는 사실이 각종 언론에서 보도되었으며, 토요타ㆍ렉서스의 신형 LS에 탑재되는 LiDAR의 제조사로서 덴소와 함께 Continental의 이름이 열거되고 있다는 점을 고려하면, 그것이 사실인 듯하다.

 

Valeo(프랑스) : LiDAR가 Audi A8에 채용, 후속기도 양산을 시작

 

승용차용 LiDAR의 양산과 실용화를 빠르게 실현한 Valeo. 동사의 ‘SCALA’는 양산 차량으로서 세계 최초의 자율주행 레벨3이 탑재된 차(미실장)가 된 독일 Audi의 ‘Audi A8’에 채용되었다.

 

‘SCALA’는 정지한 장애물을 비롯하여 움직이는 장애물을 최대 150m 앞에서 145°의 시야로 감지할 수 있다. 2019년에는 후속기 ‘SCALA 2’를 발표하였는데, 현재 사용되는 기기의 성능을 유지하면서 수직 방향의 감지 감도를 3배 증가시켰다. 2020년부터 유럽 기업을 대상으로 양산을 시작할 예정이다.

 

Innoviz Technologies(이스라엘) : BMW의 자율주행차에 채용될 예정

 

솔리드 슬레이트 LiDAR 및 인식 소프트웨어를 개발하는 Innoviz는 각종 용도로 이용할 수 있는 ‘InnovizPro’, 자율주행을 대상으로 설계된 ‘InnovizOne’ 등을 제품화하였다.

 

InnovizOne은 태양광 및 기상 조건에 대해 내성을 가지고 있으며, 최대 250m의 거리로 풍부한 3D점군을 제공할 수 있다. 독일 BMW가 2021년에 생산할 예정인 1세대 자율주행차에 채용된 듯하다.

 

Innoviz는 2020년 12월에 SPAC 상장 계획을 발표했고, 2021년 4월 6일에 ‘INVZ’라는 심볼로 미국 나스닥 시장에서 거래되기 시작했다. 또한 2022년 8월에는 Innoviz 제품이 폭스바겐(VW) 그룹의 브랜드 안에서 자율주행 기능을 가진 모든 차량에 공급될 것임이 발표되었다.

 

RoboSense(중국) : AI를 도입한 스마트 LiDAR 센서 시스템 양산

 

2014년에 설립된 중국의 스타트업 RoboSense는 AI 알고리즘 및 IC 칩 세트를 도입한 스마트 LiDAR 센서 시스템을 개발하고 있다.

 

AI 인식을 통해 장애물을 검출하고 분류하는 기능이 탑재된 것이 특징이며, 솔리드 스테이트식의 ‘RS-LiDAR-M1’ 및 레벨4~5를 대상으로 하는 최상급 모델 ‘RS-Ruby’ 등 라인업도 풍부하다.

 

2019년 9월에는 중국 자동차 회사 FAW와 제휴하여, 솔리드 스테이트 MEMS 기반의 스마트 LiDAR 센서의 양산 속도를 높일 것이라고 발표했다.

 

또한 일본에서는 자율주행 벤처기업 ZMP가 2019년에, 동사 제품을 차량 관련 기업과 연구기관을 대상으로 한정된 대수를 시험 판매할 것임을 발표했다.

 

또한 중국에서는 이밖에도 Hesai Technology 및 드론 기업 DJI 산하의 Livox 등 LiDAR를 개발하는 기업이 등장하였다.

 

Hesai Photonics Technology(중국) : 세계 18개국ㆍ68개 도시에서 판매

 

Hesai Photonics Technology는 레이저의 상호간섭을 막는 ‘간섭 방지 LiDAR’ 등도 개발 및 제조한다. 2012년에 미국 실리콘밸리에서 설립된 후, 현재는 중국 상하이로 거점을 옮겼다.

 

지금까지 전 세계에서 300개 이상의 특허를 취득했으며, 독자적으로 개발한 솔리드 스테이트식 LiDAR ‘PandarGT’ 등의 제품은 세계 18개국 · 68개 도시에서 판매되고 있다. 특히 유럽과 미국을 대상으로 수출되고 있다.

 

또한 동사의 LiDAR는 불과 10%의 반사율로도 200m 거리의 대상물을 측정할 수 있다. 보도에 따르면, 앞으로 중국판 나스닥이라 불리는 상하이 증권거래소의 ‘스마트 마켓’에 상장할 것이라고 한다.

 

Innovusion(중국) : ‘중국판 테슬라’라 불리는 NIO와 제휴

 

Innovusion은 자율주행 레벨4와 5를 대상으로 하는 LiDAR 센서 시스템을 개발하는 중국 스타트업으로서, 바이두에서 자율주행 유닛의 책임자로 일했던 엔지니어가 2016년에 설립한 회사다. 400m 거리까지 검출할 수 있는 장거리 LiDAR ‘Jaguar Prime’ 등 각종 LiDAR를 개발하고 있다.

 

2020년에는 250m 거리의 아주 적은 반사율을 가진 오브젝트도 감지할 수 있는 최신 LiDAR ‘Falcon’을 시범적으로 출하하였다. 2021년 1월에는 EV(전기자동차) 회사이자 ‘중국판 테슬라’라는 별명을 가진 중국의 NIO와 제휴하였고, NIO의 신형 세단 ‘ET7’에 Innovusion의 LiDAR ‘Falcon’을 탑재할 것이라고 발표된 바 있다.

 

Livox(중국) : 자율주행 레벨3~4를 대상으로 하는 소형 LiDAR에서 강점을 보임

 

Livox는 2016년에 창업한 중국의 스타트업으로, 자율주행 레벨3~4를 대상으로 하는 고도로 정밀하며 신뢰성이 높은 컴팩트한 LiDAR 센서를 저렴한 가격으로 제공하고 있다. 중국의 대형 드론 회사 DJI의 사내 창업 지원 프로그램을 통해 설립되었고, 현재 LiDAR 개발에 있어 전 세계적으로 주목을 받고 있다.

 

2020년 10월에는 근거리 감지용 LiDAR ‘Mid-70’과 장거리용 LiDAR ‘Avia’를 출시했다. 같은 해 12월에는 샤오펑 자동차(Xpeng Motors)와 제휴했고, 2021년부터 양산되는 새로운 차종에 LiDAR 기술을 제공한다.

 

‘Mid-70’은 자동 청소 로봇을 개발하는 Gaussian Robotics에 의해 1만 대의 발주를 받았다. 기존 시스템을 보완하고자 Mid-70을 차량에 도입하면, 시스템의 사각을 없앨 수 있다. 혼잡한 환경에서 주변을 정확하고 종합적으로 감지하며, 감지 범위는 80%의 반사율일 때 260m에 달한다.

 

조작의 효율성과 안전성이 비약적으로 향상된 ‘Avia’는 무게가 498그램으로 가볍다는 것이 특징이며, 장거리 감지의 니즈에 대응하기 위해 개발되었다. 흐린 날이나 야간 등 어두운 환경에서도 450m의 범위를 감지한다.