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AI 접목한 스마트 선박, 항해기술도 첨단화
  • 여정현
  • 승인 2018.04.02 11:43
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스마트선박은 제4차 산업혁명을 선도할 자율주행자동차나 전기자동차에 비하여 잘 알려져 있지 못하다. 해운업이나 수산업의 경우 과거에는 상대적으로 높은 수익을 보장받았지만, 다양한 직업군이 생긴 지금 인기를 잃어가고 있다.

오랜 기간 가족과 떨어져 좁은 공간에서 생활하는 것에 대한 선호도는 점차 떨어지고 있다. 부산에서 네덜란드의 로테르담까지 항행하는 것을 가정하면 정박기간을 제외하고도 항해에만 24일 이상 걸린다. 철광석을 운반하던 스텔라데이지호는 작년 3월 서대서양에서 침몰했는데 한국인 선원 8명과 외국인 선원 12명은 아직도 돌아오지 못하고 있다. 한국선사가 운영하는 마린 711호는 지난주 가나 인근에서 해적에게 납치당했으나, 청해부대의 문무대항함은 보름 뒤에나 현장에 도착가능하다고 한다.

원양어업의 어려움은 디스커버리 채널에서 방영하는 '목숨을 건 포획'에 잘 나타나있다. 해운업은 비교적 안전하다고 하나, 어업의 경우 2016년 산업재해자 수는 43명에 달하며 산재에 관련된 총근로손실일수 비율은 광업 다음으로 높다. 이 글에서는 제4차 산업혁명 시대를 선도할 첨단기술이 선박무인화와 항만자동화를 처리하는 과정에 대하여 살펴본다.

<사진 출처 = MSC 홍페이지>

자율항행선박, 비용 대폭 절감

해상수송량의 증가에 따른 해기사의 만성적인 부족과 대형사고의 원인이 되고 있는 충돌사고에 대한 해결책으로 자율항행기능을 가진 스마트선박이 거론되고 있다. 한국에서는 2014년 세월호의 침몰로 많은 국민들이 가슴 아파했고, 2015년에는 추자도 부근에서 낚싯배 돌고래호가 전복되었고, 작년에는 영흥도에서 낚싯배 선창1호와 급유선이 충돌하는 사고가 있었다. 세계적으로 해양사고의 약75%가 인간의 피로와 부주의에 의하여 일어나기 때문에 무인선박에 거는 기대는 큰 편이다. 만약 선박에 자율항행이 도입되면 해양사고를 일부 예방할 수 있고, 선원들의 휴식시간이 필요 없어 선박과 항만의 효율이 증가한다. 선박은 선원들의 숙박공간을 줄임으로써 더 많은 화물을 적재할 수도 있다. 선박이 자율항행 기능을 가지면, 선원 관련 비용을 90% 정도 줄어들고, 전체 항행비의 10~30%가 줄어들 것으로 예상된다.

현재 세계적으로 일부 컨네이너선들은 공급과잉의 상태에 있으며 해상운송 운임은 더욱 떨어질 것으로 예상된다. 해운사들은 운임의 감소에 대하여 아직은 자율항행 선박에 대한 연구보다는 선박의 대형화와 해운동맹의 강화로 대응하고 있다.

 

무닌과 롤스로이스의 연구

자율항행선박에 관하여 유럽연합은 무닌(MUNIN)이라는 무인선 프로젝트로 연구를 주도하고 있다. 이 연구에는 독일의 프라운호퍼 연구소의 연구팀 등이 참가하고 있다. 영국의 롤스로이스도 향상된 자율 수상운송 애플리케이션(AAWA) 프로젝트로, 자율항행선박에 필요한 기술, 선박의 안전, 선박소유자에 제공될 혜택 및 해양사고와 관련된 법적인 문제에 대하여 연구를 지속하고 있다. 롤스로이스는 인공지능을 이용한 항해기술 향상을 위하여 작년에 구글과 양해각서를 체결하기도 했다.

선박의 자율항해를 구성하는 세부항목은 자율주행자동차와 유사한 측면이 있다. 센서시스템은 레이더로 해상의 지형과 장애물을 파악하고 인공지능시스템이 이에 대처한다. 레이더에 잘 잡히지 않는 목선 등은 이미지센서로 인식하여야 한다. 근접한 선박들의 항행에 대하여는 충돌가능성을 사전에 설계된 알고리즘으로 계산하여 대응한다. 육상과 달리 해상에서는 날씨에 따라 크게 악화되는 해양에 대한 대처법이 추가적으로 필요하다.

대형선박을 움직이기 위해서는 거대한 엔진을 자율적으로 제어하고 고장 가능성에 대하여 예측하는 시스템도 필요하다. 디지털트윈 등의 사물인터넷기술을 적용할 경우 수집한 데이터로 선체의 변화를 정교하게 예측할 수 있다. 운송중인 선박을 지속적으로 모니터링 하기위하여 육상 관제센터는 별도로 구축될 수 있다. 스마트선박 기능이 구현될 경우 육상 관제센터에서는 단 1명의 선원이 10척 이상의 선박을 충분히 운항할 수 있다.

해양에서는 예기치 못할 다양한 사고가 발생할 수도 있으므로 특별한 경우에는 자동항행기능을 해제하고 원격으로 선박을 조정하는 기능이 필요할 수 있다. 관련 기술이 발전되면 지상 관제소의 직원은 마치 직접 선박에 탑승한 것처럼 원격으로 선박을 조정하게 된다.

한국선적의 삼호주얼리호는 2011년 소말리아의 해적에 피납 되었으나 다행히 '아덴만의 여명작전'으로 한국인 인질들이 구출될 수 있었다. 최근의 해상안전시스템은 해적 활동에 대한 모니터링도 이미 진행하고 있다. 영화 ‘스피드2’에서처럼 크루즈선이 해킹당하지 않게 하기 위해서는 자율항행선박에 대한 보안기술도 강화되어야 한다.

 

스마트 항만 시대 도래

스마트항만 시스템은 항만에서의 물류 입출고를 원활하고 효율적으로 진행되도록 도와준다. 항만이 무인화되면 운영비용은 40% 정도 줄고 생산성이 40% 정도 늘어난다. 필자는 몇 년 전 북미 최대의 물동량을 자랑하는 LA인근의 롱비치항만을 방문한 적이 있었다. 롱비치항구는 끊임없이 이어지는 거대한 컨테이너들의 산맥으로 보였다. 이곳에서 입출고되는 컨테이너는 년간 670만개가 넘는다고 한다. 매일 20,000개에 가까운 컨테이너들이 입출고 되는 것이다. 그런데, 롱비치항은 최근 더욱 자동화, 지능화되었다. 트럭이 진입하면 자동으로 예약상태를 확인하고, 콘테이너에 기재된 일련번호를 OCR로 읽어낸다. 화물은 X레이로 자동 촬영되고, 화물의 경로를 지정해준다. 무인운반장치로 옮겨진 컨테이너는 자동으로 갠트리 크레인 근처로 이송되며, 무인화된 갠트리 크레인이 콘테이너를 선박에 적재한다.

선박회사가 보유한 스마트항만 시스템은 컨테이너에 담긴 화물을 실시간으로 모니터링하고 컨테이너 하우징의 부식상태 등도 자동으로 점검해준다. 통관과 관련된 정보도 효율적으로 처리해 준다. 네덜란드의 로테르담항은 관련 기술 도입을 적극적으로 추진하여 이미 세계최고 수준의 로보틱항만으로 불리고 있다. 중국과 싱가폴도 항만의 무인화를 가속화하고 있다.

 

전기추진선박

초창기의 자동차는 일부 배터리로 움직였다. 그러나, 열악한 배터리의 성능과 낮은 가속력 때문에 사용자들은 전기모터보다는 내연기관을 선호하게 되었다. 자동차업계에서는 배터리 성능의 향상으로 전기자동차가 등장하고 새로운 대체에너지의 개발로 수소자동차가 등장했다. 선박분야에서도 고출력 전동기와 대용량 에너지저장장치 등의 발달로 전기모터를 사용하는 일명 ‘테슬라 선박’이 개발되고 있다. 네덜란드의 운송 업체 포트라이너는 280TEU급의 전기로 움직이는 바지선을 올해 8월에 운영할 예정이다.

디젤 엔진은 고장이 잦고 유지보수에 대한 수요가 많기 때문에 자율항행 선박에서 전기모터는 더욱 선호되고 있다. 노르웨이의 야라인터네셔널은 야라 비르클랜드(Yara Birkeland)라는 전기로 움직이는 자율항행 선박을 건조하는 프로젝트를 진행중이다. 이 선박은 9MW급 배터리를 탑재할 것으로 알려졌다. 이 용량은 시판중인 테슬라 전기자동차 모델s 배터리의 100배에 가깝다. 야라 비르클랜드는 겨우 120TEU 크기로, 프랑스의 CMA CGM이나 스위스의 MSC가 최근 발주하는 대형 콘테이너선박인 22,000TEU급과 비교하면 아직 200분의 1정도에 불과하다. 이 선박은 2019년경 상업적으로 운행될 예정으로, 선박가격은 약 270억원으로 일반 선박보다는 3배 정도 비싼 수준이다. 이 프로젝트에는 콩스버그도 참여하는데 이 회사는 이미 무인으로 원격조정되는 선박화재 진압용 선박을 개발하기도 하였다. 이 선박을 이용하면 불타는 선박에 더욱 근접하여 진화에 나설 수 있다.

 

선진국의 스마트선박기술

코트라에 따르면 한국의 스마트선박 기술이 100이라면 독일은 이미 123, 일본은 111, 미국은 108의 수준에 와있다고 한다. 중국의 자율항행선박 기술은 한국의 80% 수준에 도달해있지만 일부 항만무인화에는 한국을 앞서고 있다.

노르웨이의 콩스버그, 영국의 롤스로이스. 핀란드의 바르질라 등은 전통적으로 우수한 항행시스템이나 엔진을 공급해 왔다. 노르웨이의 경우 무인항행 선박을 위한 테스트베드만 10곳 이상이 추진되고 있다. 일본의 경우 니혼유센이 조만간 일본에서 북미까지 항행하는 컨테이너 선박을 원격으로 조정할 계획을 세우고 있다. 일본 조선소들은 2025년까지 자율항행 선박을 250척 정도 건조할 계획을 세우고 있다. 미국은 1995년 이미 스마트쉽 기술을 개발하기 시작하여, 요크타운함의 함교 승선인원 13명을 단 3명으로 줄였다.

한국도 2025년경에는 자율항행선박을 건조 대열에 합류할 것으로 보인다. 대우조선해양은 이미 충돌회피 기능, 최적 항행경로 생성 등의 운영프로그램을 개발했고, 현대중공업은 작년 엔진모니터링과 고장 진단이 가능한‘통합스마트선박 솔루션’을 개발했다. 삼성중공업도 선내 에너지흐름을 효율화하는 관리시스템을 개발하기도 했다.

자율주행자동차의 경우 이미 여러 도시와 고속도로에서 실제 주행을 하고 있다. 자율주행과 관련된 법제도 상당히 정비되어 있다. 하지만 자율항행선박의 원양항해까지는 아직 갈 길이 멀다. 국제해사기구(IMO) 등에서 무인선박에 관한 표준과 법적 제도를 만드는 험난한 과정도 진행될 것으로 예상된다. 오늘날 컨테이너 복합운송은 물류산업의 거대한 산맥을 이루고 있다. 유럽에서는 이미 컨테이너를 탑재한 자율주행 트럭이나 트럭의 대열주행에 대한 연구도 진행 중이다. 제4차 산업혁명 관련 기술이 발전하면 한국의 공장에서 발송한 컨테이너가 자동으로 항만까지 운송되어 탑재되며, 미주나 유럽의 먼 국가까지 무인선박에 의하여 운송되고, 인공지능이 탑재된 크레인에 의하여 하역되어 목적지까지 자동으로 배송될 날이 머지않다.

 

여정현

- 서울대학교 법과대학 졸업

- 대우그룹 회장비서실

- 안양대학교 평생교육원 강사

- (주)명정보기술 산호세법인 근무

여정현  kntimes22@naver.com

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