태극기 휘날린 대한민국 양궁… 현대차그룹 첨단기술 ‘적중’

프랑스 파리에서 태극기를 휘날린 대한민국 양궁 뒤에는 든든한 조력자 역할을 한 현대자동차그룹이 있다. 금메달 5개·은메달 1개·동메달 1개의 환상적인 결과는 현대차그룹 R&D 역량이 반영된 결과다.

현대차그룹의 첨단 기술 지원은 2012년 런던 대회 이후 본격화 됐다. 당시, 선수의 심리를 파악하는 뇌파 측정 훈련부터 3D CT 장비로 활 내부의 보이지 않는 균열과 불량을 파악하는 활 비파괴 검사까지 다양한 분야의 기술 지원이 이뤄졌다. 그 노력은 2016년 리우데자네이루 대회 전관왕이라는 결실로 이어졌다.

이후 현대차그룹이 가진 R&D 기술로 지원할 수 있는 분야를 집중 검토하고 신기술도 적극 도입했다. 첨단 기술을 이용한 훈련을 통해 선수들이 기량을 유지하도록 돕고, 장비의 품질 및 성능을 높여 실전에서의 외적 변수를 최소화하겠다는 노력들이 스포츠에 접목됐다. 기업이 가진 자원과 전문성을 바탕으로 스포츠 발전에 기여하려는, 기업의 대표적인 CSR 활동인 셈이다.

2024 파리 대회를 앞두고 현대차그룹은 도쿄 대회 종료 직후부터 선수들과 코치진의 의견을 적극 수렴해 기존의 훈련 장비들을 보완하고 새로운 장비들도 제작해 훈련에 도입했다.

대표적으로 개인 훈련용 슈팅로봇, 야외 훈련용 다중카메라, 휴대용 활 검증 장비, 복사냉각 모자, 선수 맞춤형 그립, 비전 기반 심박수 측정 장치, 고정밀 슈팅머신 등을 파리 대회 준비 과정 및 실전에서 선수들과 코치진이 활용할 수 있도록 지원했다.

#개인 훈련용 슈팅로봇

1:1 경기에 대비한 훈련을 위해서는 상대 선수가 반드시 필요하지만, 국가대표 선수단이 진천선수촌에 입촌하고 나면 대표선수단(남 3명, 여 3명)을 상대할 훈련 파트너가 제한적이다. 국가대표 선수 간 반복적인 1:1 훈련은 실전과 같은 긴장감을 느끼게 하는 데 한계가 있으며, 개개인이 원하는 시간대에 훈련을 함께 진행할 수 있는 상대를 매번 구하는 데에는 현실적 제약이 있다.

현대차그룹은 선수들이 상대 선수 없이도 언제든 실전을 상정한 훈련을 진행할 수 있도록 개인 훈련용 슈팅로봇을 신규 개발했다. 바람의 영향 외에 오차요소가 거의 없는 슈팅로봇과 1:1 대결를 벌이다 보면 실전에 버금가는 긴장감을 유발할 수 있다.

슈팅로봇은 실시간 제어 소프트웨어와 풍향 및 온∙습도 센서를 이용해 바람 등 외부 환경 변수를 측정한 후 조준점을 정밀하게 보정하며 명중률을 향상시킨다. 이를 통해 평균 9.65점 이상의 명중률을 확보했다.

조준점 보정 과정에서 측정된 데이터는 선수들이 바람의 세기를 정량적으로 이해하기 위한 참고 요소로 활용이 가능해, 외부 환경 변수로 인한 탄착군 변화량을 분석하는 데 도움을 준다.

고사양 PC 및 고속 제어 모터를 탑재해 신속한 장비 응답성을 확보한 덕에 부팅시간을 최소화하고 명령 입력 시 반응속도를 단축시킬 수 있었다. 실제 경기규정(20초) 내 신속한 조준과 발사가 가능해 실전과 동일한 템포로 1:1 훈련을 진행할 수 있었다.

사용자의 편의성을 고려한 세밀한 설계도 돋보인다. 15인치 터치 패널과 직관적인 UI(운영체제)가 사용 편의성을 높였다. 훈련 시 70m 밖 과녁의 탄착군을 확인할 수 있도록 돕는 디지털 망원경 장비도 별도로 연결해 사용할 수 있으며 바퀴 높이 조절이 가능한 가변형 오프로드 바퀴 이동장치를 장착해 선수촌 실내∙외를 이동하며 손쉽게 운용할 수 있다.

슈팅로봇은 7월 초 진천선수촌에서 진행된 국가대표 2차 스페셜 매치에 투입돼 선수들과 맞대결을 펼쳤다. 이 훈련은 파리 대회 직전 선수단의 실전 감각을 끌어올리는 데 기여했다.

#야외 훈련용 다중카메라

개인 슈팅 훈련 시 선수가 자신의 슈팅 자세를 다양한 각도에서 확인하고 자가 분석할 수 있는 장비에 대한 필요성이 선수들 및 코치진으로부터 제기됐다. 현대차그룹은 지난 도쿄 대회를 위해 제작했던 기존 훈련용 카메라 장비에 탑 뷰(Top View) 카메라를 추가하고 야외에서 활용이 가능하게끔 개선한 야외 훈련용 다중카메라 장비를 신규 제작했다.

야외 훈련용 다중카메라는 머리 위와 정면의 두 개 각도에서 선수를 촬영한 피드백 영상을 모니터에 분할 출력해, 선수가 자신의 슈팅 자세를 다각도에서 모니터링할 수 있다. 탑 뷰 카메라의 경우, 장비를 사용하는 선수의 신장에 따라 최소 190cm부터 최대 290cm까지 카메라 높이를 조절해 맞춤형으로 사용이 가능하다.

실제 선수의 동작과 피드백 영상 간 시간차를 0초부터 9초 전까지 설정할 수 있는 것도 장점이다. 딜레이 시간을 5초 전으로 설정해 슈팅 훈련을 한다고 가정하면, 선수가 화살을 발사한 후 화면을 통해 5초 전 시점부터 화살을 발사한 후까지 자신의 자세 변화를 확인할 수 있다. 4단계 천천히 보기(0.125배속, 0.25배속, 0.5배속, 1배속) 기능을 지원하는 슬로우 모드도 있어, 슈팅 자세를 보다 정밀하게 분석할 수 있다.

야외 훈련을 고려해 이동이 편리하도록 오프로드용 바퀴를 장착했으며, 강한 햇빛 아래 디스플레이 시인성을 확보하기 위해 1,500니트(nit, 1nit는 1m2를 비추는 촛불 하나 밝기)의 최대 밝기를 지원하는 35인치 고휘도 산업용 모니터를 탑재했다.

#휴대용 활 검증 장비

파리 대회는 폭염이 예보돼 활의 성능 저하 우려가 제기됐다. 기온이 심하게 높아지거나 낮아질 경우 활의 현이 미세하게 팽창하거나 수축하는 등의 상황이 발생할 수 있다. 1mm 미만의 오차로 결과가 다르게 나올 수 있는 양궁 경기의 특성을 고려할 때 활의 아주 작은 변형도 치명적일 수 있다.

날씨 외에도, 국내에서 해외로의 이동 중 활에 육안으로 확인하기 어려운 파손이 발생할 수도 있다.

활 성능을 검증할 수 있는 가장 확실한 방법은 장력(줄을 당길 때 생기는 복원력) 측정이다. 활은 현을 당기는 거리에 비례해 화살을 발사하는 힘이 증가하는 도구다. 따라서 활을 특정 거리만큼 당겼을 때, 동일한 크기의 장력이 측정되는지 반복 확인하며 활 성능을 검증할 수 있다.

하지만 기존의 장력 측정기는 크기와 무게가 휴대에는 적합하지 않다는 난제가 있었다. 소형 간이 장력 측정기도 대중적으로 이용되기는 하나 국제대회 등 프로 레벨에서 사용하기에는 정밀성이 떨어졌다.

이런 이유로 새로운 검증 장비 개발이 절실했다. 현대차그룹 엔지니어들은 접이식으로 부피를 줄이고(접었을 시 가로 65cm X 세로 16cm), 3D 프린터로 주요 부품을 제작해 기존 장력 측정기 대비 무게를 가볍게 한(약 8.7kg) 휴대용 활 검증 장비를 개발했다. 훈련장이나 경기장 등 장소에 국한되지 않고 간편히 접어 휴대할 수 있어, 언제든 활을 정밀 점검할 수 있는 장비다.

휴대용 활 검증 장비를 활용해 양궁 국가대표 선수단은 파리 대회 현장으로 출발하기 전 활의 장력을 측정하고, 파리 현지 도착 후 장력을 재측정해 동일한 수치가 계측되는지를 확인했다. 파리 대회 실전 경기 진행 중에도 코치진이 경기장에 휴대용 활 검증장비를 상시 지참해 혹시 모를 장비 이상에 대비했다.

엔지니어들은 철제 부품을 대체할 수 있는 가벼운 3D 프린팅 재질을 지속 발굴해 경량화 작업을 이어갈 예정이다.

#복사냉각 모자

야외에서 진행되는 양궁 경기의 특성상 선수는 더위와 직사광선에 그대로 노출된다. 연중 가장 기온이 높은 7월과 8월에 걸쳐 대회가 진행되기 때문에, 이에 대한 대비가 필요했다.

현대차그룹은 직사광선을 반사하고 복사에너지 방출을 극대화하는 복사냉각 기술이 들어간 원단을 개발했다. 스포츠 의류 제작 전문 업체와 협업해 이 복사냉각 원단을 사용한 경기용 모자를 제작했다. 냉각 효과를 강화한 모자는 국가대표 선수단에 공급됐다.

동일 조건에서 적외선 표면 온도를 측정했는데, 복사냉각 모자 표면 온도가 일반 모자 및 주변 환경 대비 최대 5℃ 가량 낮았다. 무더운 날씨 속 진행된 국가대표 2차 스페셜 매치와 파리 대회 실전 경기에서도 선수들은 복사냉각 모자로 더위를 덜어낼 수 있었다.

추후 현대차그룹 양산 차량의 썬루프 롤 블라인드(Roll Blind)에도 복사냉각 원단 적용을 검토 중이다. 이렇게 되면 시동을 끈 상태에서도 무전원으로 차량 온도를 주변 환경 대비 낮게 유지할 수 있다.

#선수 맞춤형 그립

통상적으로 선수들은 활의 중심부에 덧대는 그립을 자신의 손 형상에 꼭 맞도록 직접 손질한다. 기성품 그립을 구매해 자신만의 수제품으로 만들어 쓴다. 하지만 파리 대회처럼 장기간 경기가 벌어지는 도중에 그립에 손상이 가면 새 그립을 다시 손에 맞도록 급히 다듬어야 해 경기력에 악영향을 미칠 수 있다. 미세한 차이로 승부가 결정되는 양궁 경기의 특성상 익숙한 촉감과 형태의 그립을 실전에서 사용하는 것은 선수들의 경기력 유지와 심리적 안정에 필수적인 요소다.

현대차그룹과 양궁협회는 3D 스캐너 및 3D 프린팅 기술을 활용해 선수의 손에 꼭 맞는 맞춤형 그립을 제작해 선수들에게 제공하고 있다. 선수들이 이미 손에 맞도록 손질한 그립을 미세한 흠집까지 3D 스캐너로 본떠 3D 프린터로 재현했다.

이번 파리 대회를 대비해 선수들에게 제공한 맞춤형 그립 제작에는 강성 및 내마모성이 우수한 알루마이드(알루미늄과 플라스틱의 혼합 재료) 소재를 썼다. 알루마이드 소재로 제작된 그립은 가볍고 미끄러짐이 적다는 장점이 있어 선수들 사이에 선호도가 높다.

현대차그룹은 지난 리우데자네이루 대회부터 맞춤형 그립을 제작해 선수들에게 제공했다. 도쿄 대회, 항저우 아시안게임에 이르기까지 실전에서 맞춤형 그립을 사용한 선수들의 호평이 이어졌다. 이번 파리 대회에서도 양궁 국가대표 선수단 6명 중 5명이 맞춤형 그립을 채택해 실전에 나섰다.

#비전 기반 심박수 측정 장치

심박수는 선수의 호흡이나 근력 집중의 상태를 간접적으로 추정할 수 있는 지표다. 현대차그룹은 비전 기반의 심박수 측정 장치를 지난 도쿄 대회 훈련을 위해 개발한 후 양궁 국가대표 선수단에 지속 지원해 왔다. 선수 얼굴의 미세한 색상 변화를 감지해 심박수를 측정하는 장비다. 비접촉식으로도 심박수 측정이 가능한 첨단 비전 컴퓨팅 기술을 활용했다.

현대차그룹은 보다 정교한 심박수 측정을 위해 활시위를 당기고 있는 선수 얼굴 영역을 판별하고 주변 노이즈를 걸러내는 별도의 안면인식 알고리즘을 개발해 이 장치에 반영했다. 훈련 방해를 최소화하기 위해 방송용 원거리 고배율 카메라도 도입했다.

진천선수촌에서 진행된 국가대표 2차 스페셜 매치에서도 경기 중 선수들의 심박수를 대형 전광판에 표시해, 선수들의 긴장도를 높이고 집중력을 시험하는 장치로 활용했다.

#고정밀 슈팅머신

양궁 국가대표 선수단이 파리로 출국하기 전, 현대차그룹이 제작한 고정밀 슈팅머신을 이용해 선수들이 파리 대회에서 실전용으로 사용할 최상 품질의 화살들이 선별됐다.

슈팅머신은 2016년 리우데자네이루 대회를 위해 현대차그룹이 처음 제작했다. 현재 진천선수촌에서 운용 중인 고정밀 슈팅머신은 현대차그룹이 지난 도쿄 대회를 대비해 정밀도와 정확도를 획기적으로 개선한 버전이다.

고정밀 슈팅머신은 30m 거리에서 화살을 쏘아 신규 화살 중 불량 화살을 솎아내고, 선수들이 균일한 품질의 최상급 화살만 사용할 수 있도록 선별하는 작업을 자동화한 장비다. 국제경기 시 양궁 국가대표 선수단이 사용할 화살 선별작업에 지속 사용되고 있다.

과녁에 쏘아진 화살이 일정 범위 이내에 탄착군을 형성하면 합격이 됨. 힘, 방향, 속도 등 동일한 조건에서 테스트가 가능해 선수 컨디션, 날씨, 온도 등에 제한 없이 화살 분류가 가능하다는 것이 특장점이다.

현대차그룹은 파리 대회 이후 앞으로의 양궁 훈련에도 새롭게 접목될 수 있는 다양한 첨단 신기술 개발에 매진한고 있다.

올 하반기 개발 완료를 목표로 연구 및 고도화 중인 'AI 기반 영상 모션 증폭 기술'이 대표적이다.

70m 거리의 과녁을 맞추는 양궁 경기에서는 슈팅 시 장비 이상 등의 이유로 활과 부대장비에 불규칙한 진동이 발생하면 과녁상의 큰 오차로 이어질 수 있다. 하지만 육안으로 장비의 비정상적 떨림을 정확히 잡아내고 분석하는 데 한계가 있다.

현대차그룹은 슈팅 시 활을 비롯한 여러 장비의 움직임을 고속 카메라로 촬영한 후 AI를 이용해 미세한 떨림을 포착, 장비의 성능을 점검할 수 있는 AI 기반 영상 모션 증폭 기술 개발에 착수했다. 슈팅 시 활 상∙하단부에 각각 발생하는 미세한 진동을 그래프로 시각화, 상단부와 하단부의 떨림 정도가 대칭적인지 비교해 활 상하 날개 간 밸런스가 유지되고 있는지를 확인하는 방식이다.

스테이빌라이저(Stabilizer, 슈팅 시 반동이나 바람 등 외부 영향에 의한 활 흔들림을 최소화하는 장치) 등 활 부대장비에 대해서도 슈팅 시 떨림을 분석하는 동일한 방식으로 이상 유무를 확인할 수 있다. 장비 성능을 검증하고 장비 교체 시기를 판단하는 데 AI 기반 영상 모션 증폭 기술을 적극 활용할 예정이다.

바람을 비롯한 외부 변수 작용 시 활의 조준점을 얼마나 조정해야 하는지 판별하는 오조준 훈련에도 AI 기반 영상 모션 증폭 기술을 활용할 예정이다. 고속 카메라로 촬영한 슈팅 영상들을 AI로 분석해, 활 조준점 위치와 그에 따른 과녁상의 결과값을 비교하는 방식이다. 바람이 불 때 직감에 의존해 조준하는 것에서 나아가, 몇 mm를 오조준해야 과녁 중앙을 쏠 수 있게 될지 판단하는 정량적 데이터를 확보할 수 있다.