Page Title 해양 연구의 새로운 방향을 제시하는 해양 변화 해양 연구의 새로운 방향을 제시하는 해양 변화
ProMare와 IBM, 메이플라워 자율운항 선박 출시

해양 연구 및 탐사 단체인 ProMare의 공동 설립자 브렛 파뇌프(Brett Phaneuf)는 "가장 큰 도전은 바다 그 자체입니다."라고 말합니다. "바다에서 겪을 수 있는 온갖 어려움을 모두 견딜 수 있는 배는 아직 만들어지지 않았습니다."

1620년, 102명의 메이플라워호 승객들은 더 나은 미래에 대한 희망을 품고 영국 플리머스를 출발해 신대륙을 향한 위험한 항해를 떠났습니다. 그리고 2016년에 플리머스 커뮤니티가 다가오는 메이플라워호 항해 400주년을 어떻게 기념하면 좋을지 논의하던 중, 파뇌프는 바다에 대한 오랜 도전과 새로운 발견에서 영감을 받아 "과거를 회상하기보다 미래로 나아가는 데 활용하면 어떨까?"라는 질문을 던지게 되었다고 합니다.

파뇌프는 몇 년 전 영국으로 건너가 주로 보안 및 방위 산업을 위한 소형 잠수함을 설계하고 제작하는 회사인 MSUB를 설립했습니다. 자율 시스템에 오랫동안 관심을 가지고 있었지만, 아직 자율 수상 선박에 손을 대지는 않았습니다. 그리고 이제 기회를 발견했습니다.

"플리머스 시에서 메이플라워 호의 복제품을 만들자고 했을 때 저는 '매사추세츠에 벌써 복제품이 하나 있어요. 제가 거기서 가까운 곳에서 자라서 잘 알죠.'라고 말했습니다."라고 파뇌프는 말합니다. "그보다는 앞으로 다가올 400년 동안의 해양 산업에 대해 이야기해야 합니다. 순례자들이 한 일에서 영감을 받아 새로운 시작을 향해 도약합시다.”

대서양을 횡단하고, 메이플라워 호의 항로를 따라가며, 항해 중은 물론 미래에도 중요한 해양 연구를 수행할 수 있는 선원 없는 자율 선박의 아이디어를 발표하기에 그야말로 완벽한 타이밍이었습니다. "바로 그때 메이플라워 자율운항 선박(Mayflower Autonomous Ship)에 대한 아이디어가 탄생했습니다."라고 파뇌프는 말합니다. "줄여서 MAS라고 부릅니다."

바다에 대한 더 많은 과학적 지식에 대한 필요성이 커지면서 MAS에 대한 파뇌프의 비전이 힘을 얻게 되었습니다. “지구 표면의 2/3가 물로 덮여 있지만, 지금까지 탐사한 부분은 5%도 채 되지 않습니다.”라고 그는 말합니다. "바다가 지구의 전체 기후를 통제한다는 점을 생각하면 이러한 무지함이 두려울 수밖에 없죠."

완전 자동화

 

센서, 엣지 디바이스, 의사 결정 자동화 및 컴퓨팅 비전으로 완전한 자율성 확보(사람의 개입이 필요하지 않음).

현재 상태

 

현재 진행 중인 MAS의 대서양 횡단 항해

자율운항 선박은 그 기능이 무엇이든 목적에 맞게 제작할 수 있다는 장점이 있습니다. 배는 떠다니는 호텔이 아니라 컴퓨터가 됩니다. 파뇌프는 “선박에서 인적 요소를 제거하면 설계를 완전히 재구성할 수 있습니다.”라고 말합니다. "순전히 배의 메커니즘과 기능에만 집중할 수 있죠."

하지만 실제로 파뇌프와 ProMare는 사람이 조종하지 않는 자율운항 선박을 바다에 띄우기 위해서는 선상 인텔리전스를 강화할 컴퓨팅 기술이 핵심이라는 점을 잘 알고 있었습니다. ProMare는 MAS를 비전에서 선박으로 도약시키기 위해 AI, 엣지 컴퓨팅, 과학 연구에 대한 깊은 전문성과 글로벌 해운 업계에 대한 경험을 갖춘 기술 파트너가 필요했습니다.

2016년 말, 스위스에서 열린 컨퍼런스에서 ProMare의 선박 설계자가 MAS 개념을 발표했을 때 IBM의 대표들이 청중석에 앉아 있었고, 파뇌프의 비전에 흥미를 보였습니다.

"저는 IBM Watson 팀이 점점 더 강력한 AI를 개발하는 것을 보고 자랐기 때문에 메이플라워 프로젝트 초기에 CTO에게 '캡틴 Watson'을 만들어 달라고 요청했습니다."라고 파뇌프가 이야기합니다. "저희 배를 바다에 띄우기 위해 필요한 것이 바로 그것이었죠. 훨씬 탁월한 역량을 보유하고 도움을 주고 싶어하는 친절한 사람들을 IBM에서 만날 수 있어서 운이 좋았습니다."

MAS는 AI 및 기타 신기술을 활용하여 효율적이고 무인 및 환경 친화적인 새로운 차원의 선박을 개발함으로써 바다를 가장 잘 알아야 할 순간에 해양 탐사의 새로운 시대를 열 것입니다. 브렛 파뇌프 ProMare 공동 설립자 겸 메이플라워 자율운항 선박 프로젝트 디렉터
우리가 원하는 바다, 우리에게 필요한 데이터

지구 표면의 71%를 덮고 있는 바다는 전 세계 산소의 절반 이상을 만들어내고, 지구 기후를 조절하며, 지구 온난화의 영향을 줄이는 방열판 역할을 합니다. 하지만 바다는 그 거대한 규모에도 불구하고 인간의 활동에 면역되어 있지 않습니다. 현재 바다는 역사상 가장 오염도가 심각하고, 온도가 높고, 폭풍이 더 자주 발생하고 있습니다.

유엔은 이러한 바다의 쇠퇴를 막기 위해 2021년부터 2030년까지를 '지속 가능한 발전을 위한 해양 과학의 10년'으로 선포했습니다. 이 글로벌 이니셔티브는 바다를 보호하고 보다 지속 가능하게 관리하기 위해 바다에 대한 이해를 증진하는 데 목표를 두고 있습니다. 그리고 바다를 더 잘 이해하기 위한 핵심은 더 많은 데이터입니다.

하지만 바다처럼 방대하고 복잡한 시스템에 대한 데이터를 수집하는 데는 엄청난 비용이 듭니다. 바다와 같이 험난한 환경에서 연구를 수행하면 선박과 승무원이 높은 위험에 노출되기도 합니다. 이러한 비용과 위험으로 인해 해양 표면의 광대한 지역이 아직 탐사되지 않은 채로 남아 있습니다. 기후 변화, 플라스틱 오염, 서식지 파괴, 해양 생물 보호 및 기타 중요한 주제에 대한 지식의 격차가 여전히 존재합니다.

"현재 대부분의 해양 데이터는 상업적 운송 경로가 있는 곳에 편향되어 있습니다."라고 파뇌프가 설명합니다. "나머지 지역을 탐사하기 위해 5천만 달러에서 1억 달러에 달하는 거대한 연구선을 건조하는 것은 사회가 감당할 수 없는 수준의 비용이죠. 설사 연구선을 건조한다고 해도 결코 충분하지 않을 거고요. 하지만 해양 연구에 대한 필요성이 점점 커지고 있다는 사실을 무시할 수도 없습니다.”

다른 해안 기반, 선박 및 위성 네트워크와 통합된 MAS와 같은 자율 연구 선박은 오늘날의 비교적 소규모의 연구 선박으로 이룰 수 있는 것보다 훨씬 더 큰 규모와 비용 효율성으로 해양 데이터를 수집할 수 있습니다. "해양 탐사에 로보틱과 자율성을 활용하는 데 관심을 갖게 된 이유가 바로 그것이었죠. 바다에서 인간이 접근할 수 없는 지역을 볼 수 있게 해줄 겁니다.”라고 파뇌프는 말합니다.

ProMare와 MAS 프로젝트가 구상하는 해양 연구의 미래는 승무원이 있는 선박과 승무원이 없는 선박, 크고 작은 선박, 다양한 수준의 자율성을 갖춘 기기가 혼합된 형태로 모두 함께 작동하며 데이터의 양과 질을 높이는 것입니다.

최근까지만 해도 비용이 많이 들고 위험한 항해에 선원과 과학자를 보내지 않고 해양 데이터를 더 많이 수집한다는 목표는 불가능한 것처럼 보였습니다. 모든 것은 한 가지 질문에 달려 있습니다: AI, 엣지 컴퓨팅 및 관련 기술이 진정한 자율성을 구현할 수 있을 만큼 충분히 준비되어 있고 견고한가?

"역사적으로 선박은 상거래와 사람들의 이동에 반드시 필요했기 때문에 기술 발전의 최전선에 있었습니다."라고 파뇌프는 말합니다. "MAS를 통해서도 선박이 더 발전한다는 것은 놀라운 일이 아니죠. 그들은 항상 최전선에 있었습니다."

네, AI 캡틴!

매끈한 외관이 스타트렉의 함선을 연상시키는 MAS의 매우 안정적인 트라이마란 선체는 태양열 하이브리드 전기 추진 시스템으로 10노트 이상의 속도로 파도를 헤치고 나아갈 수 있습니다. MAS에는 정밀 관성 항법, 글로벌 항법 Satellite 시스템(GNSS) 위치 추적, 레이더 센서, Satellite 통신 및 기상 계측 기능이 탑재되어 있습니다.

ProMare가 구상한 사양에 따라 폴란드에서 건조된 무게 5톤, 길이 15미터의 이 선박은 다양한 첨단 해양 구조 기능을 갖추고 있으며, 해상에서 장시간 운항할 때 받는 스트레스를 견딜 수 있도록 설계되었습니다.장 하지만 이 메이플라워호에는 선장 또는 승무원을 위한 침대나 갤리가 없습니다. 대신 다른 업계에서 이미 검증된 IBM의 인지 컴퓨팅 기술이 이 새로운 유형의 선박을 조종하고 일정하게 유지하도록 도와줍니다.

"기존의 무인 선박 기술을 뛰어넘어 원격으로 작동하고, 단순히 환경에 반응하는 것이 아니라 스스로 학습하고 적응하는 선박을 만들어야 했습니다."라고 ProMare의 계열사인 Submergence Group의 엔지니어링 디렉터 돈 스콧(Don Scott)이 말합니다. "4년 전 이 선박을 고안할 때는 이런 시스템을 배에 실을 수 있을지 확신할 수 없었습니다. 하지만 최근의 발전, 특히 엣지 컴퓨팅의 발전으로 가능해졌죠."

MAS에 완전한 자율성, 즉 인간의 개입 없이 작동할 수 있는 능력을 부여하는 온보드 '두뇌'는 팀원들 사이에서 'AI 캡틴'이라는 별명으로 불립니다. 인간 선장이라면 누구나 배를 맡기 전에 수년 간 훈련을 받아야 하듯, MAS의 AI 캡틴도 수년 간의 훈련을 거쳐 배를 다루는 법을 익혔습니다.

이 AI 캡틴은 IBM Visual Insights 컴퓨팅 비전 기술로 생성된 추론 알고리즘과 모델을 사용하여 100만 개 이상의 해상 이미지를 학습하여 선박, 파편, 다리, 육지 조각 및 기타 위험 요소를 인식할 수 있게 되었습니다. AI 캡틴의 훈련에 필요한 상당한 머신 러닝 처리 수요를 충족하기 위해서는 IBM Power Systems 서버가 사용되었습니다. 의사결정 지원을 위한 추가 수학 모델링은 IBM CPLEX Optimizer가 제공했습니다.

AI 캡틴은 선내 카메라, 레이더, 소나, AIS 및 기타 장비에서 실행 가능한 데이터를 수신하는 즉시 IBM Operational Decision Manager(ODM)이라는 IBM의 자동화된 규칙 관리 시스템을 활용하여 해상 충돌 방지를 위한 국제 규정(COLREGs) 및 기타 항해 협약을 준수합니다. 금융 서비스 업계에서 대출을 승인하고 고객 제안을 개인화하기 위해 널리 사용하는 ODM은 특정 결정이 내려진 이유가 명확하지 않은 '블랙박스' 시나리오를 방지하기 위해 의사 결정 프로세스에 대한 투명한 기록을 제공합니다.

MAS에는 온보드에서 데이터를 처리할 수 있는 15개의 엣지 컴퓨팅 장치가 있어 육상 컴퓨터에 연결하지 않아도 환경을 감지하고 독립적으로 현명한 결정을 내릴 수 있습니다. ODM 소프트웨어에 기반한 의사 결정 로직도 선박에서 엣지 워크로드로 실행됩니다.

모든 엣지 장치는 선박의 엣지에 위치한 센서에 소프트웨어를 배포하는 IBM Edge Application Manager를 통해 안전하게 오케스트레이션됩니다. IBM Maximo Application Suite는 지능형 자산 관리 및 유지보수 기능을 제공합니다. 스콧은 “저는 MAS를 '궁극의 엣지 디바이스'라고 부릅니다.”라고 말합니다. “모든 카메라는 지능형 엣지 장치입니다. 배터리 관리 시스템도 인텔리전트 엣지 장치입니다."

항해가 시작되면 MAS의 AI 캡틴은 IBM 비즈니스인 The Weather Company의 ODM 권장 사항과 현재 및 예측 업데이트에 의존하여 지속적으로 옵션을 평가하고, 위험을 피하고, 항해 결정을 내리고, 당면한 연구 임무를 수행합니다.

MAS 네트워크의 모든 엣지에서 모든 데이터와 애플리케이션을 원활하게 통합하고 안전하게 보호하며 연결할 수 있는 IBM CloudIBM Cloud Object Storage는 망망대해 한가운데를 포함해 모든 곳에서 미션 크리티컬 워크로드를 지원하도록 설계되어있습니다.

또한 Red Hat Enterprise Linux(외부 링크)에서 실행되는 Safety Manager 기능은 AI 캡틴의 결정을 뒷받침하여 MAS 및 인근 선박의 안전을 보장합니다.

AI 캡틴이 계속 훈련하며 해상에서 더 많은 자율성을 기록함에 따라, ProMare는 이미 MAS 프로젝트를 넘어 이 기술의 미래에 대해 생각하고 있습니다. "저희가 개발 중인 AI 캡틴을 위한 소프트웨어의 장점은 유인 선박에도 적용할 수 있다는 점입니다."라고 파뇌프는 말합니다. "이 소프트웨어는 작업 수행 능력을 증강하고 사람의 창의력을 자유롭게 발휘할 수 있도록 지원해 더 나은 사람이 되고, 이 경우에는 더 안전한 사람이 될 수 있도록 도와줍니다."

과학과 상업을 위한 해양 다리

코로나19 대유행으로 인한 전 세계적인 혼란에도 불구하고, MAS 프로젝트는 2020년에 주요 이정표를 달성했습니다. 선박이 건조를 완료하는 동안에도 ProMare와 IBM 팀은 플리머스의 R&D 스테이션에서 AI 캡틴을 개발하고 테스트했습니다. 부두 끝에서 도시의 주요 항구로 돌출된 이 R&D 스테이션은 선박의 브리지에서 일어나는 모든 동작을 경험하고 AI 캡틴에게 선박, 부표 및 기타 수중 위험 요소를 인식하고 항해하는 방법을 가르치는 데 중요하게 활용되었습니다.

선박의 주 선체와 아웃리거 선체가 최종 조립을 위해 폴란드에서 영국으로 운송되면서 MAS의 주요 목적인 해양에 대한 과학 지식 수집을 위한 세부 작업이 시작되었습니다. 선박의 모듈식 설계에는 연구 주제에 따라 연구 키트를 끼우거나 뺄 수 있는 3개의 사이언스 베이가 포함되어 있습니다. IBM Research는 해수면과 파도 높이 측정, 바닷물의 화학 성분 분석, 수중 청음기를 사용해 고래의 노래 듣기 등 세 가지 초기 MAS 연구 프로젝트를 개발했습니다.

"이 프로젝트에서 정말 신나는 점 중 하나는 제가 매일 사용하는 기술을 통해 해양에서 데이터를 수집하는 방식을 혁신할 수 있다는 점입니다."라고 해양 연구 경력을 가진 IBM 연구원이자 소프트웨어 엔지니어인 로지 리코리쉬(Rosie Lickorish)가 말합니다. "AI, 자율성, 로봇 공학 및 엣지 컴퓨팅을 사용하여 바다에서 데이터를 수집하는 방법을 훨씬 더 효율적으로 확장할 수 있는 새로운 센서와 장치를 만들 것입니다."

2020년 9월 16일은 조립을 마친 MAS 선박이 공식적으로 명명되어 플리머스 항구에 진수된 날입니다. 또한 전 세계가 MAS 프로젝트를 팔로우하고 항해에 대한 업데이트를 받을 수 있는 실시간 미션 포털인 Mas400.com(ibm.com 외부에 있음 링크)도 출시되었습니다.

이제 MAS는 2021년 4월로 예정된 영국에서 미국으로의 처녀 항해를 앞두고 몇 달간의 해상 시험과 연구 임무를 수행하게 됩니다. “선박에 탑재된 센서를 사용하여 [위성 및 근해 센서의] 판독값을 보정할 겁니다.” 라고 리코리쉬가 설명합니다. "이를 통해 운송이나 항만과 같은 귀중한 정보를 얻을 수 있을 거예요."

MAS에서 제공하는 정보는 과학적 가치가 있을 뿐만 아니라 해운 및 물류, 석유 및 가스 탐사, 보안 및 방위 관련 산업 등 해양에서 또는 해양 근처에서 활동하는 많은 조직에 실용적이고 지속 가능한 발전을 가져올 것입니다.

"자율운항 선박 시장은 현재 900억 달러에서 2030년까지 1,300억 달러 이상으로 성장할 것으로 예상되지만, 오늘날의 자율 운항 선박 중 상당수는 새로운 상황에 동적으로 적응하지 못하고 운영자 재정의에 크게 의존하는 로봇에 불과합니다."라고 Scott은 말합니다. "IBM의 AI, 클라우드, 엣지 기술을 통합하여 메이플라워호가 지구상에서 가장 까다로운 상황에서도 독립적으로 운항할 수 있는 능력을 갖추도록 하는 것이 목표입니다."

2021년 봄, 영국에서 미국으로 5,182km를 헤치고 가는 MAS의 항해가 눈 앞으로 다가왔지만, ProMare는 더 나아갈 계획이 있습니다. "북극에 갈 것이고, 세계 일주 항해를 생각하고 있습니다."라고 파뇌프는 말합니다. "앞으로 수년 동안 MAS를 플랫폼으로 계속 사용할 것이며, 이 선박이 차세대 선박에도 영감을 줄 수 있기를 바랍니다."

2021년 4월이 다가옴에 따라, 파뇌프와 그의 팀은 원래의 메이플라워 횡단에 대해 생각하며 순례자들이 미지의 세계로 떠나며 느꼈을 희망과 두려움을 상당히 이해하게 되었다고 말합니다. "해낼 수 있을지 확신하지 못한다는 점이 최초의 순례자들과 저희의 가장 큰 공통점이라고 생각해요. 하지만 저희는 기꺼이 위험을 감수합니다."라고 파뇌프는 말합니다. "저는 우리 팀, 특히 IBM의 도움을 받아 필요한 리소스를 확보하는 데 집중합니다. MAS가 매사추세츠 주 플리머스의 바다와 공원을 건너기 전까지는 전혀 긴장을 풀 수 없을 것 같아요.”

ProMare 로고
ProMare 소개

해양 연구 및 탐사를 촉진하기 위해 2001년에 설립된 ProMare (ibm.com 외부 링크)는 코네티컷주 체스터에 본사를 둔 비영리 법인이자 501(c)(3) 자선 단체입니다. 경험이 풍부한 고고학자와 해양 전문가로 구성된 팀은 해양 관련 역사 및 과학 지식을 향상시키기 위해 학술, 기업, 공공 및 정부 기관과 함께 독립적으로 연구 프로젝트를 수행합니다.

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각주

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2022년 4월 미국에서 제작

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