라이다(LiDAR) 기술의 혁신 – 솔리드 스테이트 라이다란?
“움직이지 않아도 본다 – 자율주행의 눈이 진화한다”
■자율주행의 핵심, 라이다란 무엇인가?
자율주행차가 주변을 인식하는 기술에는 여러 센서가 사용됩니니다.
대표적으로 카메라, 레이더, 초음파 센서, 그리고 오늘 이야기할 "이 중 라이다는 자율주행차가 3차원 공간을 정확하게 인식하고, 장애물이나 도로 구조를 실시간으로 파악하는 데 가장 핵심적인 역할을 합니다.
라이다는 ‘Light Detection and Ranging’의 약자로, 레이저를 쏘아 주변 사물에 반사되어 돌아오는 시간을 측정해 거리와 위치를 계산합니다.
카메라는 빛을 그대로 받아들이는 수동형 센서지만, 라이다는 능동적으로 빛을 보내고 돌아오는 정보를 기반으로 정확한 거리 측정이 가능하다는 특징이 있습니다.
이 기술 덕분에 자율주행차는 사람처럼 보행자를 식별하고, 자동차의 위치를 파악하고, 장애물과의 거리를 실시간으로 계산해 안전하게 주행할 수 있게 되었습니다.
■기존 라이다의 구조와 한계
라이다는 기존에도 자율주행차에 많이 사용되어 왔지만, 대부분은 ‘기계식 라이다(Mechanical LiDAR)’였습니다.
이는 레이저를 보내는 발광부와 반사된 빛을 받는 수신부가 물리적으로 회전하거나 진동하여, 360도 혹은 넓은 시야각을 확보하는 구조입니다.
하지만 이 방식에는 몇 가지 한계가 존재합니다:
○부피가 크고 무겁다: 회전하는 기계 부품이 필요하므로 차량 디자인에 제약
○내구성이 낮다: 외부 충격이나 진동에 약하고 고장이 잦음
○비용이 높다: 정밀 부품이 들어가기 때문에 단가가 높음
○양산이 어렵다: 대량생산 시 품질 유지가 힘들고 생산비 증가
이러한 문제점들 때문에 많은 기업들이 더 작고 가볍고, 내구성이 강하며 저렴한 라이다를 개발하기 시작했고, 그 결과물이 바로 "솔리드 스테이트 라이다(Solid-State LiDAR)"입니다.
■솔리드 스테이트 라이다란? – 움직이지 않는 눈
솔리드 스테이트 라이다는 기존 기계식 라이다와 달리 회전하거나 움직이는 부품이 전혀 없는 구조를 가지고 있습니다.
이름 그대로 '고체 상태'라는 뜻이며, 레이저 송수신부가 고정된 상태에서 빛을 조절해 시야를 확보합니다.
이 방식은 크게 두 가지로 나뉩니다:
① MEMS 방식
‘Micro Electro Mechanical Systems’의 약자로, 미세 거울을 사용해 빛의 방향을 조정함
소형화가 가능하며 정밀한 스캔이 가능
일부 회전 요소가 있으나 마이크로 수준으로 내구성 우수
② Optical Phased Array (OPA) 방식
거울 없이 빛의 위상을 조절해 방향을 바꾸는 기술
완전 고정형으로 내구성이 매우 높음
반도체 칩 기반으로 집적화 및 양산이 용이
솔리드 스테이트 라이다는 이 두 기술을 기반으로 하고 있으며, 기존 라이다 대비 훨씬 작고, 튼튼하며, 저렴하다는 장점이 있습니다.
무엇보다 중요한 점은, 이 기술이 자율주행차의 대중화를 가능하게 만든다는 것입니다.
■주요 기업과 상용화 동향
솔리드 스테이트 라이다 시장은 최근 몇 년간 급격하게 성장했습니다.
많은 스타트업과 글로벌 자동차 제조사가 이 기술에 주목하고 있으며, 이미 상용화 제품도 다수 등장했습니다. 주요 기업들의 동향은 다음과 같습니다:
① Luminar
미국 플로리다 기반 기업으로, 도심 자율주행용 장거리 라이다에 강점
Volvo, Mercedes-Benz와 협업해 2023년부터 상용 차량에 장착
250m 거리까지 감지 가능한 솔리드 스테이트 제품 출시
② Innoviz
이스라엘 기업으로 BMW와 협업
L3 자율주행 기술에 필요한 고해상도 라이다 모듈 제공
InnovizTwo, Innoviz360 등 다양한 솔리드 스테이트 라이다 제품 출시
③ Hesai Technology (중국)
최근 나스닥 상장
솔리드 스테이트와 하이브리드 제품을 동시 개발
가격 경쟁력으로 중국 내 자율주행 택시에 대거 채택
④ Hyundai Mobis (한국)
자체 개발한 차세대 모듈형 라이다 시스템 실증 진행 중
자율주행 플랫폼 M.VISION과 통합 예정
2025년까지 솔리드 스테이트 라이다의 국산화 목표
이 외에도 Velodyne, Ouster, Aeva 등 다수의 기업들이 솔리드 스테이트 라이다 기술 경쟁에 뛰어들면서, 가격은 하락하고 성능은 빠르게 향상되는 추세입니다.
■자율주행에서의 역할과 가능성
솔리드 스테이트 라이다가 자율주행에서 어떤 의미를 갖는지를 생각해 보면 다음과 같은 포인트가 있습니다:
① 비용 절감으로 대중화 실현
기계식 라이다는 수천만 원에 달했지만, 솔리드 스테이트 라이다는 수십만 원대까지 떨어지고 있습니다.
이로 인해 중저가 전기차나 대중교통수단에도 장착이 가능해졌습니다.
② 디자인 자유도 향상
작고 얇은 디자인으로 헤드라이트나 범퍼 안에 숨겨 설치 가능, 차량 외관에 영향을 주지 않음
③ 내구성과 유지보수 비용 절감
기계 부품이 없기 때문에 진동, 충격, 기온 변화에 강하고 수명이 긺
④ 자율주행 레벨 4 이상으로의 발전 가능
정밀한 객체 인식과 거리 측정이 가능하므로, 도심형 고난도 주행에서도 안정성 확보에 기여
특히 고속도로 주행 보조(HDA), 도심 자율주행, 셔틀버스, 물류 로봇, 드론 등 다양한 응용 분야에서도 활발하게 사용될 예정입니다.
■미래 전망과 남은 과제
솔리드 스테이트 라이다는 기술적 장점이 많지만, 아직 해결해야 할 과제도 존재합니다.
○장거리 인식 문제: 일부 제품은 200m 이상 거리 감지가 어려움
○성능 편차: 환경 조건(비, 안개, 햇빛 반사 등)에 따라 인식률 저하 가능성
○센서 융합 필요성: 단일 센서로는 완전한 자율주행 불가 – 라이다 + 카메라 + 레이더 융합 필요
그럼에도 불구하고, 전체 라이다 시장에서 솔리드 스테이트 비중은 급격히 증가하고 있습니다. 2024년 현재, 글로벌 차량 제조사 10곳 중 7곳이 이 기술의 상용화 또는 시험 운행을 시작했으며, 2030년까지 솔리드 스테이트 라이다가 자율주행 라이다 시장의 80% 이상을 차지할 것이라는 전망도 나와 있습니다.
■결론 - 라이다의 진짜 혁신은 ‘움직이지 않는 것’
자동차가 스스로 주변을 감지하고, 판단하고, 안전하게 움직이기 위해서는 눈처럼 정밀하게 작동하는 센서가 필요합니다.
라이다는 그중에서도 가장 신뢰받는 기술이며, 이제 그 기술의 중심에는 움직이지 않아도 보는 솔리드 스테이트 방식이 자리하고 있습니다.
이제 라이다는 더 이상 거대한 원통형 장치가 아니라, 얇고 작은 자동차 부품으로 진화하고 있습니다.
그리고 그 변화는 자율주행의 대중화를 현실로 만드는 결정적인 순간이 되고 있습니다.
[핵심 키워드]
*솔리드 스테이트 라이다란
*자율주행 라이다 종류
*기계식 라이다 vs 솔리드스테이트
*라이다 센서 최신 기술
*자율주행 센서 비교
*OPA 방식 라이다
*라이다 스타트업 동향
*자율주행 센서 트렌드