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

 

LiDAR의 기법

 

LiDAR는 빛을 사용하는 리모트 센싱 기술을 통해 물체를 감지하거나 대상물까지의 거리를 측정하는 것으로서, 레이저를 조사하고 그것이 물체에 닿아 되돌아오기까지의 시간을 측정하여 물체까지의 거리와 방향을 계산한다.

 

사방으로 쏜 레이저의 측정 결과는 하나하나가 ‘점’으로 나타나며, 이를 모아 ‘점묘’ 영역의 형태로 실시간으로 주위 상황과 대상물까지의 거리와 위치, 형태 등을 파악할 수 있다.

 

LiDAR의 3D 관측 기술

 

LiDAR는 3차원(3D) 관측이 가능하며, 기존의 전파를 사용하는 레이더에 비해 ‘광속밀도’가 높고 짧은 파장을 사용함으로써 더욱 정확하게 검출할 수 있다. 입자와 같은 작은 물체에도 유효하기 때문에 지금까지는 주로 지질학이나 기상학 등의 분야에서 활용되었지만, 관측 정확도가 높아 자율주행 분야에서도 주목받게 되었다.

 

현재 자율주행용으로 특화된 연구개발이 가속화되고 있어, 고기능 및 소형화를 지향하며 독자적인 기술을 채용하는 신제품으로 타사와의 차별화를 꾀하려는 움직임을 많이 볼 수 있다.

 

LiDAR와 측정 거리

 

LiDAR는 ‘장거리 LiDAR’ ‘중거리 LiDAR’ ‘단거리 LiDAR’와 같이 계측 가능 거리에 따라 호칭이 달라진다.

 

각각의 호칭에 대응하는 거리의 범위는 개발하는 기업에 따라 다르긴 하지만, 일반적으로 단거리 LiDAR는 10~50m 정도, 장거리 LiDAR는 200m 이상, 중거리 LiDAR는 그 중간 정도이다.

 

Solid State / MEMS

 

자율주행용 LiDAR를 개발하는 초기에는 사이렌처럼 회전하며 360도 전방위를 감지하는 형태가 주류를 이루었다. 하지만 지붕 위와 같이 설치 장소가 한정되는 데다 모터 구동으로 인한 회전 메커니즘을 요하는 만큼 소형화 및 경량화가 어려워 구동 부분의 부담 때문에 사고 확률 및 내구성에 있어 문제가 있었다.

 

이러한 과제를 해결하고자 주목받고 있는 것이 회전 메커니즘을 가지지 않는 Solid State 방식이다. 설치 장소도 한정되지 않기 때문에 차량의 디자인성이 중시되는 일반 승용차에서는 솔리드 스테이트식을 탑재할 것으로 보인다.

 

Solid State 방식이란?

 

솔리드 스테이트식은 LiDAR의 한 가지 구조로서, 회전 메커니즘을 갖지 않고 특정한 방향을 스캔하는 방식이다.

 

시야각이 한정되어 있어 전방위를 감지할 수는 없지만, 여러 개의 LiDAR를 설치하면 전방위를 감지할 수 있다. 작고 튼튼하다는 점과 설치 장소의 자유도가 높다는 점이 특징이다.

 

MEMS 방식이란?

 

MEMS(멤스)방식은 솔리드 스테이트식의 한 가지 스캔 방식으로서, 전자(電磁)식 MEMS 미러를 사용하여 레이저를 쏘아 자율주행차의 주변 환경을 감지 및 인식한다.

 

MEMS는 ‘Micro Electro Mechanical Systems’의 첫 글자를 딴 말로서, ‘미세전자기계시스템’이라는 뜻이다.

 

LiDAR의 가격 : 현재는 수십만 원 정도

 

자율주행의 개발이 발전함에 따라 눈의 역할을 담당하는 센서의 중요성도 높아져, 기존의 카메라나 밀리파 레이더의 결점을 보완할 수 있는 LiDAR가 주목받고 있다. 개발 초기에는 시험 차량을 위한 것으로서 양산화하지 못하여 값이 매우 비싸서, 구글계 웨이모의 자율주행 개발 차량에 탑재된 벨로다인 라이다의 하이엔드 모델의 가격은 7만 5,000달러(약 1억 287만 원)였다.

 

현재는 스타트업을 비롯하여 많은 기업이 LiDAR를 개발하고 있어, 시장화를 위해 기능 강화와 성능 향상을 양립시킨 모델을 잇달아 발표하고 있기 때문에 범용기는 수십만 원 대로 가격이 떨어졌다.

 

LiDAR의 시장 규모 : 2030년에 5,000억 엔

 

LiDAR를 포함한 레이저 시장의 규모는 2017년에 약 25억 엔이었던 것이 2030년에는 약 4,959엔으로 200배나 확대될 전망이다.

 

야노경제연구소에 따르면, 2030년의 자율주행용 센서의 제품별 점유율을 보면 레이더가 1조 3,914억 엔, 카메라는 1조 2,976억 엔, LiDAR와 레이저는 약 4,959억 엔, 초음파는 약 904억 엔이었다.

 

<그림> ADAS/자율주행용 센서의 세계 시장 규모 예측 (단위: 백만 엔)

 

또한, 조사회사인 프랑스 YOLE 디벨롭먼트가 2019년에 발표한 조사 결과에 따르면, LiDAR의 시장 규모는 2024년에 60억 달러(약 8조 2,300억 원)로 확대될 것이며, 그 중 70%를 자동차 관련이 차지할 것으로 예측한 바 있다.

 

LiDAR의 ‘경관이 달라질’ 위험성

 

일본 게이오기주쿠 대학의 2024년 2월 발표에 따르면, LiDAR에 관한 망라적인 시큐리티 조사를 통해 새로운 취약성을 발견했다.

 

고주파 레이저를 조사함으로써 센서상에서 광범위한 물체를 소거하거나 위장 데이터를 주입할 수 있다는 취약점이다. 공격 대상 LiDAR의 레이저 발사 주파수보다 높은 주파수로 레이저 펄스를 대량으로 발사하여 계측을 방해하면 물체를 소거할 수 있다고 한다.

 

LiDAR는 ‘자율주행의 눈’이기 때문에 이러한 취약성을 노리는 해커의 공격으로 인해 사고가 일어날 수 있다는 리스크를 방치할 수는 없다.

 

해외 라이다 개발 기업 동향

 

① Velodyne Lidar(미국) : 리딩 컴퍼니였지만 합병됨

 

Velodyne Lidar는 2005년에 세계 최초의 3D 실시간 LiDAR 센서를 발명하여 특허를 취득하는 등 LiDAR 시장을 이끌어 왔다. 자율주행용 LiDAR 제조에서는 ‘노포’라 할 수 있다.

 

경쟁사가 등장한 후에도 최대 300m 범위와 360도 서라운드 뷰로 최대 0.1도의 수직 및 수평 해상도의 실시간 3D 데이터를 제공하는 고성능 제품부터 비용 대비 효과가 뛰어난 제품까지, 개발 속도를 늦추지 않고 업계를 계속해서 이끌었다.

 

가격을 100달러 정도로 낮출 수 있는 메카레스 구조의 저가 모델의 개발도 시작하여, 2018년 중에 시범적으로 출하했다. 스웨덴의 자동차 기업 볼보를 비롯하여 독일 다임러, 미국 포드 등 대기업들과 거래하고 있다.

 

2019년 4월에는 니콘이 수탁 생산 계약을 체결하여 벨로다인용 LiDAR를 올 하반기부터 양산하기 시작할 것이라고 발표했다. 전년도에는 벨로다인에 2,500만 달러(약 342억 9,250만 원)를 출자하는 등 빠르게 거리를 좁힌 것으로 보인다. 니콘의 광학 기술과 벨로다인의 LiDAR 기술이 융합됨으로써 새로운 기술이 발전할 것으로 보인다.

 

참고로 Velodyne은 미국의 LiDAR 개발 기업 Ouster와 2023년 2월 10일자로 대등 합병할 것임을 발표했다. 양사는 2022년 11월에 LiDAR 사업의 재무 기반 강화를 목적으로 합병 계약을 체결했다고 발표했다.

 

② Luminar Technologies(미국) : SPAC 상장, 판매처도 확대 중

 

Luminar의 창업자 오스틴 랏세

 

LiDAR를 독자적으로 개발하는 2012년에 창업한 스타트업이다. 저가 제품을 만들고 있으며, 비용 절감에 힘쓸 뿐 아니라 독자적인 기술을 통해 기존 제품보다 50배 이상 뛰어난 해상도를 자랑하며, 10배 이상 떨어진 거리에 있는 대상물을 인식할 수 있다고 한다.

 

토요타 자동차도 루미나의 LiDAR 기술력을 인정하여 이미 채용하기로 결정했으며, 토요타가 실리콘밸리에 개설한 토요타 리서치 인스티튜트(TRI)와 이미 파트너십을 맺어 공동 개발 체제를 구축했다.

 

2020년 5월에 볼보 카즈와 제휴했다. Luminar의 LiDAR와 감지 기술을 차세대형 볼조 카즈의 차량에 도입할 것이라고 한다. Luminar의 입장에서는 최초의 LiDAR 양산화 안건이며, 2022년경부터 탑재를 시작할 예정이다.

 

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

 

그 후 2018년부터 개발 계약을 체결하고 있는 인텔 산하의 이스라엘 기업 Mobileye와 자율주행차용 LiDAR를 공급하는 공급 계약을 체결했다고 발표했다. Mobileye의 1세대 자율주행차에 Luminar의 LiDAR가 탑재된다고 한다.

 

Luminar는 2020년 12월에 미국 나스닥에 SPAC 상장했고, 그 후로도 동사의 기세는 그칠 줄 모르고 있다.

 

2021년 3월에는 중국 자동차 기업 SAIC과 전략적 파트너십을 발표하였고, 조만간 모든 차량에서 Luminar의 LiDAR를 표준적으로 탑재할 계획도 있다고 한다. 또한 5월에는 Pony.ai와 공동으로 개발한 새로운 센싱 플랫폼을 발표했다. 이밖에도 Tesla가 Luminar와 LiDAR에 관한 시험에 관한 계약을 체결했다는 보도도 있었다.

 

최근에는 2023년 4월에 새로운 생산 거점으로서 멕시코에서 대량 생산 시설을 개설했다고 발표했다. 이 멕시코 공장은 미국 공장과 태국 공장에 이어 세 번째 거점이다.

 

또한 같은 달에 터치 패널 대기업인 대만의 TPK와 업무 제휴를 발표했다. 중국 내에 새로운 공장을 만들고, 아시아 시장의 수요에 대응할 생각인 듯하며, Luminar의 창업자이자 CEO(최고 경영 책임자)인 Austin Russell이 ‘중국에서 2028년까지 100만 대 이상의 루미나 제품 탑재 차량이 주행하고 있다’고 발언하여 화제가 되었다.

 

③ Cepton Technologies(미국) : 수요에 맞는 라인업으로 파트너 증가 중

 

벨로다인에서 일했던 엔지니어가 2016년에 설립한 스타트업이다. 넓은 수평 시야로 고해상도, 장거리 계측을 실현하는 ‘Vista-X120’ 및 고속도로에서의 오브젝트 프로파일링이 가능한 성능이 뛰어난 ‘Sora-P60’, 장거리 및 고해상도를 실현하는 최신 LiDAR ‘Vista-P90’ 등 각 용도에 맞는 폭넓은 라인업을 가지고 있다.

 

미국 외에 독일, 캐나다, 영국, 일본, 인도에 거점을 두고 있으며, 파트너 확장에도 적극적으로 힘을 싣고 있다.

 

Cepton Technologies에 관해서는, 2021년 8월에 SPAC 기업인 Growth Capital Acquisition과 합병하여 SPAC 상장할 계획이라는 보도가 있었다.

 

④ Quanergy Systems(미국) : 다임러 등이 출자

 

2012년에 설립된 스타트업 Quanergy Systems도 일찍부터 LiDAR를 제품화한 기업 중 하나다. 가격과 성능, 신뢰성, 크기, 무게, 전력 효율이라는 6가지 주요 상업화 기준을 모두 충족하도록 설계된 360도 센싱이 가능한 M시리즈와 솔리드 스테이트식 S시리즈를 제품화하고 있다.

 

동사에 출자하는 기업으로는 독일의 다임러와 한국 삼성 그룹, Aptiv(舊, 델파이) 등이 있다.

 

⑤ LeddarTech(캐나다) : 판매 거점 확대, LiDAR 시장에 공세를 가한다

 

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

 

티어1 공급자를 대상으로 하는 LiDAR 플랫폼을 비롯하여 솔리스 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 거점의 확대와 함께 자율주행 업계로의 폭넓은 공세를 가할 생각이다.

 

⑥ Bosch(독일) : 최초의 장거리 LiDAR 생산 단계

 

독일 자동차 부품 대기업 보쉬는 2020년 1월에 차량 탑재용으로 적합한 동사 최초의 솔루션으로서 장거리 LiDAR를 개발, 생산 단계에 돌입했다고 발표했다.

 

다양한 자율주행 유스케이스를 조사한 결과 카메라와 레이더, 그리고 LiDAR, 이렇게 세 종류의 센서를 병행하여 상호 보완해야만 안전한 자율주행을 실현할 수 있다고 보고, 3가지 센서 기술 모두를 최적화했다고 한다.

 

각 자동차 기업의 폭넓은 차종에 효율적으로 도입할 수 있는 모델이다. LiDAR의 실장이 빠르게 확대되는 2020년대를 확실하게 조준하고 있다.

 

⑦ Continental AG(독일) : 렉서스LS에 채용될 전망, 스펙에 주목

 

콘티넨탈은 2016년에 Advanced Scientific Concepts로부터 고해상도 3D 플래시 라이더 사업을 매수하여 LiDAR 시장에 진출했다.

 

지금까지 다기능 카메라 체제 LiDAR ‘MFL4x0’과 솔리드 스테이트식 고해상도 플래시 LiDAR를 발표했다.

 

2019년 말에는 동사 LiDAR를 첫 번째로 채용한 것이 일본계 기업이라고 각종 미디어에서 보도했으며, 토요타 렉서스의 신형 LS에 탑재되는 LiDAR 기업으로서 덴소와 함께 콘티넨탈의 이름이 오르고 있다는 점을 고려하면, 그것이 거의 틀림없다고 생각된다.

 

공식 발표를 기다리고는 있지만, 탑재되는 실제 기기의 스펙에 주목해야겠다.

 

⑧ Valeo(프랑스) : 동사의 LiDAR가 Audi A8에 채용, 후속기도 양산 시작

 

승용차용 LiDAR로 양산화와 실용화를 일찍이 실현한 발레오. 동사의 ‘SCALA’는 양상 차량으로서 세계 최초의 자율주행 레벨3을 탑재한 차량(미실장)인 독일 Audi의 ‘Audi A8’에 채용되었다.

 

‘SCALA’는 정지해 있는 장애물을 비롯하여 움직이는 장애물도 최대 150m 앞까지 145°의 시야로 감지할 수 있다. 2019년에는 후속기인 ‘SCALA 2’를 발표했는데, 기존 기기의 성능을 유지하면서 수직 방향의 감지 각도를 3배로 확대했다고 한다. 2020년부터 유럽 기업을 대상으로 양산을 시작할 예정이라고 한다.

 

⑨ Innoviz Technologies(이스라엘) : BMW의 자율주행차에 채용될 예정

 

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

 

InnovizOne은 태양광 및 기상 조건에 대해 내성이 있으며, 최대 250m 거리에서 풍부한 3D 점군을 제공할 수 있다고 한다. 독일 BMW가 2021년에 생산할 예정인 1세대 자율주행차에 채용되었다.

 

Innoviz는 2020년 12월에 SPAC 상장 계획을 발표하고, 2021년 4월 6일에 ‘INVZ’라는 심볼로 미국 나스닥 시장에서의 거래를 시작했다. 또한 2022년 8월에는 Innoviz 제품이 폭스바겐(VW) 그룹의 브랜드 내에서 자율주행 기능을 가진 모든 차량에 공급될 것이라고 발표하였다.

 

⑩ RoboSense(중국) : AI를 도입한 스마트 LiDAR 센서 시스템 양산화

 

2014년에 설립된 중국의 스타트업 RoboSense는 AI 알고리듬 및 IC 칩셋을 도입한 스마트 LiDAR 센서 시스템을 개발하고 있다.

 

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

 

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

 

또한 일본에서는 자율주행 벤처기업 ZMP가 2019년에 동사 제품을 차량 관련 기업과 연구기관을 대상으로 대수를 한정하여 시험 판매할 것이라고 발표했다.

 

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

 

⑪ Hesai Photonics Technology(중국) : 전 세계 18개국, 68개 도시에서 판매

 

Hesai Photonics Technology는 레이저의 상호 간섭을 막는 ‘간섭 방지 기능이 포함된 LiDAR’를 개발 및 제조하는 기업이다. 2012년에 미국 실리콘밸리에서 설립된 후 현재는 중국 상하이로 거점을 옮겼다.

 

지금까지 세계적으로 300건 이상의 특허를 취득했으며, 독자적으로 개발한 솔리드 스테이트식 LiADR ‘PandarGT’ 등의 제품은 전 세계 18개국, 68개 도시에서 판매되고 있다. 특히 미국과 유럽을 대상으로 수출되고 있다.

 

또한 동사의 LiDAR는 불과 10%의 반사율로도 대상물을 200m까지 측정할 수 있다고 한다. 보도에 따르면, 향후 중국판 나스닥이라 불리는 상하이증권거래소의 ‘커촹반(스타 마켓)’에 상장할 것으로 보인다.

 

 

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