천둥 번개가 두들겨대고 폭설이 퍼붓는 밤에 운전하게 되면 헤드라이트가 전방의 도로를 밝히기는커녕 소용돌이치는 듯한 빗방울이나 눈송이만 반짝여줄 뿐이란 것을 알게 된다.

이런 위험스런 상황은 빗방울이나 눈송이 입자들의 움직임이나 속도를 예측하고 헤드라이트가 입자들 사이를 비추는 "스마트" 헤드라이트라면 크게 개선될 수 있다고 사이언티픽 아메리칸(Scientific American)이 26일(현지시각) 보도했다.

이 스마트 헤드라이트(smart headlight)의 개발에 필요한 자금은 한국의 삼성첨단기술연구소와 미 해군연구소 국립과학재단, 그리고 인텔에서 자금을 지원했다.

이 같은 헤드라이트는 단일 램프나 아니라 여러 개의 전구들을 배열하여 구성한다. 시스템은 디지털 카메라로 개개 빗방울이나 눈송이 입자들의 움직임을 추적하고 컴퓨터 알고리즘을 사용하여 수 밀리세컨드(10-3초) 이후를 예측한다. 그리고는 수 밀리세컨드 이후 빗방울이나 눈송이를 있어야 하는 곳의 전구(조명)을 끄는 것이다.

카네기멜론 대학 로봇 연구소 조교수 스리니바사 나라시므한(Srinivasa Narasimhan)은 자신의 연구팀에서 빗속을 꿰뚫어 볼 수 있는 헤드라이트 시스템을 내놓게 되었다고 말한다. 나라시므한의 연구팀은 텍사스 인스트루먼트나 프랑스 파리 기술연구소 연구원들과 함께 연구를 진행했다.

비결은 이렇다. 아무리 억수같은 비라도 대기 중의 대부분은 여전히 빈 공간이다. 우리가 비를 볼 때는 줄기처럼 보아 빗줄기라고 한다. 그래서 마치 공기 중에 밀도가 대단히 높다고 느끼지만 그러나 순간적인 떨어지는 빗방울을 생각하면 사실은 매우 밀도가 희박한 것이다. 재아무리 폭우라고 해도 그렇다.

나라시므한과 그의 동료들은 "반응성 조명" 헤드라이트라 불리는 시스템의 프로토 타입(proto type)을 제작했다. 카메라는 매 8 밀리세컨드(millisecond)마다 이미지를 포착하고 헤드라이트(헤드램프)에 배열된 전구들을 13 밀리세컨드 내에 조절한다. 이 방법으로 시속 30 킬로미터로 달리는 차 전방 4 미터의 비를 70% 정도까지 제거한 시야를 제공한다. 눈송이의 경우는 빗방울보다 크고 낙하 속도가 느린데, 이 프로토 타입으로 60%를 제거한 시야를 제공할 수 있다.

물론 스마트 헤드라이트가 유용하려면 고속 주행 시에도 정확해야 할 것이다. 나라시므한은 적어도 시속 95 킬로미터 속도로 주행하는 차에서 이 헤드라이트를 테스트해보고자 한다. 그리고 시뮬레이션에 따르면 뇌우 속에서 70% 정도 시야를 개선하려면 시스템의 처리 속도가 4배는 빨라져야 한다고 한다. 차가 빨라질수록 비 의 상대 속도도 그만큼 빨라지기 때문이다.

연구원들은 카메라에 포착된 이미지를 알고리즘을 연산하는 마이크로프로세서로 보내는데 걸리는 시간과 이로부터 헤드라이트 쪽으로 제어 신호를 보내는 시간을 단축하려고 한다. 이를 위해서 헤드라이트에는 일반 전구보다는 LED 배열을 사용하면 시간을 단축시킬 수 있다. 나라시므한에 따르면 LED들은 하나의 칩으로 이미지 센서와 결합될 수도 있으며 따라서 고속 연산이 가능할 것이라고 기대하고 있다.

마주 오는 다른 차량의 헤드라이트가 문제일 수 있다. 그러나 만일 마주 오는 차량도 반응성 조명 헤드라이트를 사용한다면 이 불빛은 강수(降水) 사이의 공간으로 향할 것이므로 빗방울이나 눈송이를 밝혀주지는 않을 것이라고 나라시므한은 주장한다. 그러나 당신만 반응성 조명 헤드라이트를 사용한다면 마주 오는 차량은 빗방울이나 눈송이를 무차별 밝힐 것이므로 가시성은 떨어질 것이다.

어쨌든 간에 나라시므한의 스마트 헤드라이트가 도로 주행 준비가 되려면 2년 내지 3년이 라는 시간이 걸릴 것으로 내다보고 있다.