이공계열을 지원하는 수험생에게 기계공학과는 인기 있는 학과로 통한다. 이유가 뭘까. 공학의 기본이자 꽃이라서? 다양한 분야로 진출할 수 있어서? 둘 모두 정답이다. 하지만 ERICA 기계공학과라면 여기에 몇 가지 장점을 더 추가해야 한다. 그게 무엇인지 이야기 들어보자.

김남욱 교수를 비롯한 기계공학과 교수진과 재학생들은 함께 학습하고 연구하며 ERICA와 기계공학과의 가치를 높이는 데 일조하고 있다.

∞라는 날개를 달아주는 기계공학과

우리나라 산업의 다양한 분야를 아우르는 기계공학은 국내 대학 어디에서든 쉽게 찾아볼 수 있는 전공에 속한다. 쉽고 간단해서가 아니라 그만큼 공학의 ‘기본’이 되는 학문이기 때문이다. 학과에 대한 이야기를 듣기 위해 기계공학과 김남욱 교수를 찾았다.
“산업이나 연구 현장에서 기계 없는 곳을 찾기 힘들죠. 우리나라 산업의 근간을 이루는 자동차와 선박, 고속철도, 반도체, IT, 로봇과 의공학 기기, 철강제조, 항공기 및 플랜트 등 다양한 분야를 다루는 것이 기계공학입니다. 최근에는 4차 산업혁명 시대와 맞물리며 드론과 로봇, 인공지능과 첨단 소재 등에서도 빛을 발하고요. 활용되는 분야가 워낙 다양하기 때문에 다른 학문과 연계하여 공부하는 데 아주 용이합니다. 학생들에게 ‘∞(무한대)’라는 날개를 달아주는 셈이죠.”
많은 기계공학과는 각 학교 및 교수진의 특성에 맞게 커리큘럼과 교육목표를 설정한다. ERICA 기계공학과 교육의 특징은 무엇일까? 김남욱 교수는 기계공학과의 핵심 키워드로 ‘정부 과제, 협력, 실용주의’를 손꼽는다.
“학부의 경우에는 2014년부터 교육부에서 진행하는 CK-Ⅱ(수도권특성화사업단) 사업에 선정되어 5년째 진행하고 있고, 대학원은 산업통상자원부가 진행하는 에너지인력양성사업을 진행 중입니다. 두 사업을 통해 풍족하게 교육 및 연구 지원을 받게 되면서 우리 기계공학과의 가치가 올라가고 있어요.”
김남욱 교수가 언급한 두 번째 키워드는 협력이다. 이는 학과 간 협력, 학교 간 협력, 기업 및 지역 간 협력을 모두 포함한다. 다른 학과 및 학교, 그 밖에 기관, 기업과 두루 협력하는 열린 교육을 지향하기에 학문과 연구의 다양한 면을 입체적으로 바라볼 수 있는 ‘시력’을 키워준다. 이는 세 번째 키워드와도 자연스럽게 연결된다.
“우리가 협력을 기반으로 다양한 과제를 실행하는 건 결국 실질적으로 사용할 수 있는 기술을 배워야 하기 때문이죠. 교육기관과 기업, 그리고 우리가 사는 세상이 조화를 이루어야 진정한 발전이 가능하니까요. 때문에 ERICA가 그렇듯, 우리 기계공학과도 철저하게 실용주의를 강조하고 있습니다.”
국내 최고 수준의 학연산 클러스터를 형성한 학교인 만큼 클러스터 존의 다양한 연구소 및 기업들과 연계한 강의, 현장 학습, 인턴 실습 등이 활발하게 진행되고 있다. ‘교실에서 역학 이론을 배우면, 전문가 초빙이나 현장 학습을 통해 그 내용을 직접 두 눈으로 확인할 수 있다’는 것이 재학생들이 말하는 기계공학과의 최대 장점이다. 체계적인 이론 교육과 그 이론이 적용되는 산업 현장을 학교 내에서 모두 체험하면서 학생들은 4년 동안 그 여느 대학 출신에도 뒤지지 않는 기계공학도로 성장해간다.

기계공학은 모든 공학의 기본이자 뿌리

기계공학과는 어떤 학생에게 어울리는 학과일까? 김남욱 교수는 우선 다양한 경험을 원하는 학생에게 딱이라고 말했다. 미리 미래를 결정짓기보다는 대학교에서 최대한 다양한 경험을 쌓고 싶은 학생들에게 더없이 적절한 학과라는 것.
“기계공학과는 모든 공학의 기본이자 뿌리가 되는 학문을 배우는 곳이지요. 우리 학과 학생이 되면 기계공학을 베이스로 컴퓨터공학, 전자공학, 신소재공학, 로봇공학, 화학 등 다양한 분야로 뻗어나갈 수 있어요. 덕분에 취업률도 아주 높은 편입니다. 우리 학과 학생들의 미래가 밝다고 생각하는 건 그 덕분이에요. 뿌리가 튼튼하게 박힌 풀은 어떤 바람에도 쉽게 꺾이지 않으니까요.”

우린 이제 세계 최고를 향해 갑니다

세계적인 자동차 기술 경연대회에서 우승한
기계공학과 기계역학연구실 팀

올해 기계공학과에는 큰 경사가 있었다. 김남욱 교수가 이끄는 기계역학연구실 팀이 지난 3월 미국에서 열린 자동차 기술 경연대회 ‘IEEE VTS Motors Vehicles Challenge 2018(이하 VTS 챌린지)’에서 우승을 차지한 것. 이번 대회는 특히 BOSCH나 미시간대학교 같은 세계적인 기업과 대학에서도 참여하는 등 총 20개국 52개 팀이 치열한 경쟁을 보여주었기에 ERICA 기계역학연구실 팀의 우승은 더욱 값졌다.
올해 두 번째로 열린 VTS 챌린지는 실제 차량에 적용할 수 있고, 에너지 소모를 최소화하는 시뮬레이션 제어 시스템을 주제로 진행됐다. 이번 우승의 주역인 기계역학연구실 이웅 학생(기계공학과 박사과정 16)과 정해성 학생(석박사통합과정 17), 박도현 학생(석박사통합과정 17), 그리고 연구실을 이끄는 김남욱 교수에게 자세한 이야기를 들었다.

Q: 우승 축하드립니다. 세계적인 기업 및 대학에서도 참여한 가운데 거둔 성과라 더욱 돋보입니다.

김남욱 교수: 제가 뭘 시켜서가 아니라 학생들 스스로 좋은 결과를 얻어내기 위해 노력한 덕분입니다. 시상식 직후에는 미국국립연구소에 초청을 받아 연구 내용을 발표하기도 했어요. 학생들이 정말 대견합니다.
이웅 학생: 말은 저렇게 하셔도 사실 교수님의 도움이 컸어요. 학부 생활을 4년 했고, 대학원 생활이 3년째인데 이번 수상으로 지난 7년 동안의 노력을 보상받은 기분입니다.

(사진 왼쪽부터) 정해성・이웅・박도현 학생은 지난 3월 미국 시카고에서 열린 VTS 챌린지에서 연구 내용을 발표하고 우승을 거머쥐었다.

Q: 좋은 성과를 거둔 원동력은 무엇일까요?

정해성・박도현 학생: 교수님께서 항상 강조하시는 게 있어요. 우리 연구실의 연구력은 전 세계 어디에도 뒤지지 않는, 앞서가는 수준이라고요. 기계공학을 베이스로 자동차 기술을 연구하는 분들은 많아요. 이번 VTS 챌린지 최종 본선에 우리와 함께 올랐던 BOSCH나 미시간대학교 역시 수준이 높았지만, 우리가 좀 더 끈질겼던 덕분이 아닐까 합니다. 연구실에서 밤새 알고리즘을 끈질기게 분석하며 잘 다듬은 덕분이겠죠.

기계역학연구실 팀은 폰트리아긴 최소 원리를 기반으로 차량이 주행 중 소모하는 에너지를 최소화하는 적응형 제어전략을 개발하는 연구로 높은 평가를 받았다.

Q: 폰트리아긴 최소 원리를 차량에 적용하는 기법으로 좋은 성과를 거두셨다고 하죠. 어떤 내용인지 궁금합니다.

이웅 학생: VTS 챌린지는 매년 대회 주제와 대상 차량이 달라집니다. 올해는 GM 사의 하이브리드 자동차 ‘Volt 1st Gen’ 모델의 주행 에너지 소모를 최소화하라는 문제가 출제됐습니다. 시뮬레이션을 돌려 차량 주행 에너지 소모가 가장 적은 팀이 우승하는 대회였죠. 우선 하이브리드 차량의 특성을 파악했습니다. 하이브리드 차량은 연료와 전기 모터를 함께 동력으로 사용해요. 그리고 특성상 그 두 가지 동력원(연료와 전기 모터)의 동력 분배 제어전략을 어떻게 구성하는지에 따라 성능 차이가 심합니다. 우리는 이를 위해 최적 제어 이론 중 하나인 ‘폰트리아긴 최소 원리’를 적용했어요. 쉽게 말해 차량 시스템이 매 순간 남아 있는 연료와 전기량을 스스로 확인하여 연료를 쓸지, 전기를 더 쓸지 판단하도록 유도하는 기법이라고 보시면 돼요. 우리가 만든 시뮬레이션 제어기 시스템을 이 원리에 적용했죠. 연료와 전기의 사용량을 매 순간 조절할 수 있도록 설계하고 시뮬레이션을 실행한 덕분에 대회에서 좋은 성과를 거둘 수 있었습니다.
김남욱 교수: 최적 제어 이론을 수행하려면 미래 정보가 필요해요. 미래 정보란 차량이 주행하는 데 필요한 모든 정보를 말하는데, 우리 학생들은 이 많은 정보를 효과적으로 분류하는 데 성공했어요. 쉽게 말해 클러스터링(유사성 등의 개념에 기초하여 데이터를 몇몇 그룹으로 분류하는 기법)을 잘한 거죠. 차량이 앞으로 어떻게 주행할지 미리 예측하기는 어렵잖아요? 학생들은 많은 데이터를 몇 가지 경우의 수로 분류했어요. 주행을 몇 가지 경우로 예측한 거죠. 이 경우로 주행하면 에너지 효율이 높아진다는 식이었어요. 그리고 분류별로 각각 최적의 값을 구하기 위해 폰트리아긴 최소 원리와 우리가 개발한 시뮬레이션 제어 시스템을 활용한 겁니다.

Q: 대회 준비를 하며 기억에 남는 일이 있었다면?

정해성・박도현 학생: VTS 챌린지는 조건이 아주 까다로운 대회입니다. 차량 및 몇몇 조건은 이미 정해져 있었고, 오직 제어 시스템만 바꿀 수 있었죠. 때문에 국내외 유수의 대학과 기업에서도 참가를 고민하다가 포기한 경우도 있었다고 합니다. 몇몇 대학과 기업에서는 협업을 제안하기도 했죠. 결과적으로는 단독으로 출전했는데 이렇게 좋은 성과를 거두게 되어 영광입니다.
이웅 학생: 1~2월에 대회를 준비했습니다. 마침 연구실에서 진행하는 산학 과제 준비 시기와 겹치는 바람에 밤에만 대회 준비를 해야 했죠. 밤새 친구들과 야식을 먹으며 데이터를 분석하고 시뮬레이션을 돌렸던 기억이 아직 생생합니다.

Q: 연구실과 팀원들이 가진 앞으로의 목표는 무엇인지 궁금합니다.
이웅 학생: 최근 4차 산업혁명을 기반으로 차량 통신기술인 ‘커넥티드 기술’이 발전을 거듭하고 있습니다. 현재까지는 차량 한 대에 대한 제어전략 최적화에 대한 연구를 주로 했지만, 앞으로는 커넥티드 기술을 기반으로 차량과 교통시스템의 최적화 연구를 목표로 하고 있습니다.
박도현 학생: 앞으로도 꾸준히 갈고닦아 실제 애플리케이션에 적용하는 연구를 하고 싶습니다.
정해성 학생: 학부 때 배운 것을 활용하고 싶어서 대학원에 진학하고 연구실에서 연구하고 있어요. 바로 취업하면 그동안의 수고가 버려질 것 같았거든요. 제가 배운 것을 지속적으로 활용하면서 일할 수 있다면 좋겠습니다.
김남욱 교수: 이번 대회 수상으로 친환경 자동차의 전략 최적화 분야에서는 국내 최고라는 인정을 받았다고 생각합니다. 앞으로는 교통 분야로 영역을 확대해 국내뿐 아니라 세계 최고의 연구실이 될 수 있도록 차근차근 정진하겠습니다.

Posted by hyuerica