문병성의 플래시 슬롯 머신 게임 역사 이야기(68)
미국의 자율주행 자동차 역사를 얘기할 때 빼놓을 수 없는 것이 DARPA(국방고등연구계획국)의 ‘그랜드 챌린지’(The DARPA Grand Challenge) 대회다.
설립된 이래 DARPA는 미국의 인공지능과 플래시 슬롯 머신 게임 연구에 중요한 자금지원자 역할을 해오면서 기술 발전에 큰 영향을 미쳤다. 플래시 슬롯 머신 게임 팔인 민스키 암 같은 기초 연구에 대한 투자와 함께, 휴머노이드인 펫맨과 같은 군 방호복 실험용, 외골격 플래시 슬롯 머신 게임인 HULC와 같은 전투병 지원용, 그리고 사족 보행 플래시 슬롯 머신 게임인 빅독과 같은 야전 지원용 등 다양한 플래시 슬롯 머신 게임 연구에 대한 지원도 해왔다.
특히 1960년대의 셰이키부터 1980년대의 ALV까지, 그리고 표면적으로 드러나지 않은 다수의 프로젝트를 포함해서 자율주행 기술 개발에도 막대한 투자를 해오고 있었다. GE의 걷는 트럭에서 빅독, 그리고 ALV까지, 이런 기술 개발에 대한 투자는 육군 장비들, 특히 운송 수단을 무인화 하려는 목적이었다.
20001에 이미 美 의회는 2015년까지 미군용 지상 차량의 3분의 1을 자율주행차로 대체한다는 목표를 세웠고, 정부도 오래전부터 방산업체들을 압박해오고 있었다. 특히 9.11 테러 이후 아프가니스탄과 이라크의 전투에서 도로에 매설된 사제폭탄에 의한 차량 폭발로 미군 사상자가 늘어나면서 자율주행차에 대한 요구는 더 높아졌다.
그러나 개발 진행 속도는 느렸고, 방산업체들은 군당국의 기대를 전혀 맞춰주지 못하고 있었다. 그런 상황에서 DARPA는 참신한 아이디어를 생각해냈다. 그것은 방산업체 뿐만 아니라 일반업체들, 많은 연구소들, 그리고 일반인들까지, 자율주행에 관심이 있는 모든 사람들의 아이디어를 끌어내 보고자, DARPA 주최로 플래시 슬롯 머신 게임 자동차 경진 대회를 주최하는 것이었다. 그것이 2004년에 개최한 세계 최초의 장거리 무인 자율주행자동차 대회인 DARPA 그랜드 챌린지였다.
2004년 3월에 열린 첫번째 대회는 무인 자율주행차로 모하비 사막지역의 240Km 코스를 10시간 이내에 완주하는 첫번째 팀에게 백만 달러의 상금을 수여하기로 했고, 참가팀에 제한은 없었으나 팀별로 최소한 한 명의 미국 시민이 참가하는 것을 조건으로 걸었다.
참가신청에는 100여개의 팀이 몰렸는데, 대회 일주일전에 치르진 예선 경기에는 21개팀이 참가했다. 버기카를 개조한 고등학생팀, 자율주행 오토바이로 출전한 버클리대 학생, 퀴즈쇼 제퍼디에서 딴 상금으로 자율차를 만든 UCLA 학생팀에부터 엔지니어링 기업이 개조한 픽업 트럭, 특수차 제조업체가 제작한 6륜의 대형 트럭에 이르기까지 다양한 차량이 예선 경기에 참가했다. 그러나 대부분의 참가자들이 우승 후보로 예상한 팀은 레드 휘태커 교수가 지휘하고 험비를 개조한 차량으로 출전한 카네기 멜런 대학팀이었다.
휘태커 교수는 이 연재의 보행 플래시 슬롯 머신 게임과 모바일 플래시 슬롯 머신 게임 부분에서 이미 등장했던 인물로, 1979년에 손상된 원자로 시설을 검사하고 수리하기 위한 플래시 슬롯 머신 게임을 만들고, 카네기 멜런대학에 FRC(Field Robotics Center)를 설립했었다. 이후 화성이나 극한 지역 탐사용 보행 플래시 슬롯 머신 게임을 개발하기도 했고, 다양한 오프로드용 모바일 플래시 슬롯 머신 게임을 개발하는 등 이미 플래시 슬롯 머신 게임을 수 십대 만들었던 경험도 있었다.
그런 로봇 전문가인 그에게도 이 프로젝트는 만만치않은 과제였다. 채 1년이 남지도 않은 시간도 문제였지만, 새로 로봇을 만들 자금조달도 쉽지 않은 문제였다. 그래서 그는 17년된 낡은 험비 차량을 구입해서 내부를 개조하기로 했는데, 이름을 샌드스톰(SandStorm)으로 지었다. 그리고 차량 내부에 컴퓨터와 배터리, 라이다와 비전시스템, GPS 시스템 등을 탑재했는데, 오프로드와 사막의 험악한 지형의 충격과 충돌을 대비해서 충격흡수 장치와 센서를 위한 짐벌 장치를 개발해 장착했다. 그리고 모하비 사막을 직접 주행하며 가능한 경로가 모두 입력된 지도를 만들려고도 했다. 이런 모든 작업을 해야 했기에 샌드스톰 팀은 거의 1년 내내 작업에 매달렸고, 시연 중 사고가 발생하면서 대부분의 시스템을 다시 만들기도 했다.
21개팀이 참가한 예선을 통해 결선에 참가할 팀은 15개로 줄었는데 그나마 2대는 고장으로 결선에 참가하지 못했다. 결선에서, 자율주행 오토바이는 자이로스코프의 문제로 출발선에서 뒤집혔고, 고등학생팀의 차량과 다른 일부 차량은 출발 하고서는 바로 콘크리트 구조물을 받아버렸다. 6륜 대형 트럭은 주행 중에 바람에 밀려온 회전초 더미를 장애물로 인식해서 멈춰 섰고, 다른 차량들도 코스를 벗어나 버리거나 뒤집히고 고장이 나는 등, 경기 시작 3시간 이후에도 주행 중인 차량은 4대 밖에 없었다.
결과적으로 240Km의 코스를 완주한 팀은 없었다. 가장 멀리 주행한 차량은 샌드스톰이었는데, 약 12Km만을 주행했고, 2, 3, 4위도 8~11km 정도를 주행했을 뿐이었다. 언론은 ‘사막에서의 대실패(Debacle in the Desert)’라는 기사를 내며 무모했던 대회라고 힐난했다.
2004년 대회의 실패에도 불구하고 DARPA는 이듬해에 다시 대회를 개최하겠다고 발표하며 우승 상금도 전해의 2배인 2백만달러로 높였다. 언론의 부정적 기사에도 불구하고, 공학자들과 기술자들은 더욱 도전의식을 느꼈고, 2005년의 대회에는 지난 대회보다 2배 늘어난 195개팀이 참가 신청을 했다. DARPA는 현장 확인을 통해서 예선에 참가할 팀을 43개로 추렸고, 예선을 통해 다시 최종 결승에 진출할 23개팀을 선정했다.
휘태커의 카네기 멜런 대학팀은 험비 제작사로부터 2대의 험비를 후원 받았기에 17년된 낡은 차량의 내구성을 더 걱정하지 않아도 되었다. 그러나 무엇보다도, 새로운 차는 조향, 제동, 가속 등 차량의 동작을 전자적으로 제어하는 '드라이브 바이 와이어(Drive by Wire)'가 적용되어 있어서, 컴퓨터로 직접제어가 가능했기에 작동의 오차는 줄이고 성능은 더 높일 수 있었다.
하지만, 전해의 그랜드 챌린지 출전 조건 중의 하나가, 시합 후에 참가한 자율차의 기술적 내용을 보고서로 공개하는 것이었다. 따라서 카네기 멜런 팀의 2004년 샌드스톰에 관한 기술정보는 다른 참가팀들이 이미 다 참조할 수 있었기에, 2005년도 대회의 참가팀은 대부분 카네기 멜런 대학 팀에 가까울 정도로 수준이 높아졌다. 그 중 가장 강력한 경쟁자는 이전에 휘태커의 동료였던, 세바스찬 스런(Sebastian Thrun) 교수가 이끄는 스탠포드 대학 팀이었다.
스런은 독일 본대학에서 컴퓨터과학 박사학위를 받은 후 카네기 멜런 대학의 교수로 임용되었다. 그곳에서 몇몇 플래시 슬롯 머신 게임 프로젝트를 수행했는데, 가장 흥미로운 것은 스미소니언 박물관에서 방문객에게 안내 서비스를 제공하는 플래시 슬롯 머신 게임이었다. 사람들이 북적대고 빠르게 변화하는 박물관에서, 사람들과 전시품에 충돌하지 않고 헤쳐 나가는 자율주행 플래시 슬롯 머신 게임은 큰 성공을 거뒀다. 당시 탄광 탐사 플래시 슬롯 머신 게임을 만들던 휘태커도 스런의 위치 추정 및 지도 작성 프로그램의 도움을 받아 탄광 탐사 플래시 슬롯 머신 게임을 개발할 수 있었다. 휘태커가 자율주행 플래시 슬롯 머신 게임의 하드웨어 전문가라면 스런은 인공지능 기반 자율주행 소프트웨어의 전문가였다.
2005년 10월에 열린 결선에서는 23개 참가 팀 중 22개팀이 2004년에 카네기 멜런 대학 팀이 세운 12Km의 기록을 넘어섰으며, 5대의 차량이 212Km의 오프로드 코스를 완주했다. 우승은 6시간 54분만에 완주를 한 스탠포드 대학 팀의 차량 스탠리(Stanley)였다. 2위는 11분 늦게 완주한 카네기 멜런 대학팀의 샌드스톰이었고, 같은 팀의 하이랜더는 9분 더 걸려 3위를 차지했다. 그레이 보험사의 소유주였던 그레이 형제가 구성한 팀에서 만든 카트-5(KAT-5)도 하이랜더보다 16분 늦게 들어와 4위를 차지했다. 오시코시의 6륜 대형트럭 테라맥스(Terramax)도 12시간 51분에만 완주했지만, 나머지 참가차량 18대는 모두 시합 도중 동작불능 상태에 빠졌다.
2005년 대회에 처음 참가한 세바스찬 스런과 스탠리의 접근 방식은 흥미로우면서도 자율주행의 새로운 장을 열어준 강력한 것이었다. 휘태커는 우주와 극지에서 탐사할 플래시 슬롯 머신 게임을 가장 많이 개발해본 연구자였고, 아직 컴퓨터가 강력한 연산력을 제공해 줄 수 없었던 80년대 초반에 실외 자율주행 모바일 플래시 슬롯 머신 게임을 개발해왔었다.
그래서 그의 접근은 거친 지형과 험난한 오프로드를 질주할 수 있는 자율차를 만들려고 했고, 컴퓨터 프로그램 못지 않게, 충격 흡수장치와 짐벌 메커니즘과 같은 하드웨어를 완벽하게 개발하는데 많은 시간을 쏟아부었다. 그러나 주로 컴퓨터공학 전공자로 구성된 스런의 팀은, 하드웨어는 주로 상용 제품을 활용하고, 규칙 기반의 프로그램이 아닌 머신러닝을 적용한 프로그램 개발에 주로 집중했다. 이런 접근은 짧은 시간과 더 적은 경험으로 자율차가 더 많은 새로운 상황에 대처할 수 있도록 해주었고, 결국 2005년의 대회에서 우승하게 해주었다.
결과적으로, 1년전까지만 해도 불가능하다고 여겨지며, 무모한 대회로 힐난을 받던 대회에 5대의 자율차량이 성공적으로 임무를 완수했다. 대회 자체에 대한 대중들의 열광과 언론의 찬사도 대단했지만, 모바일 플래시 슬롯 머신 게임 기술을 한단계 끌어 올린 대회를 주최한 DARPA에 대한 찬사도 한껏 높아졌다. 그러나 DARPA는 여기에 만족하지 않았다.
<필자:문병성 moonux@gmail.com>
필자인 문병성은 금성산전, 한국휴렛패커드, 애질런트 테크놀로지스, 에어로플렉스 등 자동화업계와 통신업계에 30년 이상 종사했으며, 최근에는 로봇과 인공지능 등 신기술의 역사와 흐름에 관심을 갖고 관련 글을 매체에 기고하고 있다.