자율주행을 위한 대규모 언어 모델(LLM4AD): 개념, 벤치마크, 시뮬레이션 및 실제 차량 실험

Основные понятия

자율주행 기술에 대규모 언어 모델(LLM)을 적용하면 인간의 의도를 더 잘 이해하고 개인 맞춤형 주행 경험을 제공하여 자율주행 시스템의 다양한 측면을 향상시킬 수 있다.

Аннотация

자율주행을 위한 대규모 언어 모델(LLM4AD) 연구 논문 요약

본 연구 논문에서는 자율주행 기술에 대규모 언어 모델(LLM)을 적용하는 LLM4AD 프레임워크를 제안하고, 시뮬레이션 및 실제 차량 실험을 통해 그 효과를 검증합니다. LLM은 자연어 이해 및 추론 능력을 바탕으로 자율주행 시스템의 인지, 장면 이해, 언어 상호 작용, 의사 결정 등 다양한 측면을 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
LLM4AD의 장점

직관적인 언어 상호 작용: LLM을 통해 인간과 차량 간의 직관적인 의사소통이 가능해집니다. 인간은 추상적인 명령과 감정을 표현할 수 있으며, LLM은 인간의 표현 뒤에 숨겨진 의도를 정확하게 파악할 수 있습니다.
맥락 이해 및 추론: LLM은 교통 법규 및 사고 보고서와 같은 다양한 출처의 맥락 정보를 이해하여 안전을 보장하고 지역 규정을 준수하는 의사 결정을 내릴 수 있습니다.
Zero-Shot 및 Few-Shot 계획: Zero-Shot 일반화 기능을 통해 LLM은 이전에 학습하지 않은 작업도 수행할 수 있습니다. 즉, LLM 기반 자율주행 시스템은 최소한의 또는 사전 경험 없이도 흔하지 않은 상황을 처리할 수 있으므로 '코너 케이스'를 자신 있게 탐색할 수 있습니다.
지속적인 학습 및 개인화: LLM은 지속적으로 학습하고 적응하여 개별 사용자의 선호도를 따르고 시간이 지남에 따라 운전 경험을 향상시킬 수 있습니다.
해석 가능성 및 신뢰: LLM은 자연어로 자신의 결정을 설명할 수 있으므로 자율주행 시스템과 사용자 간의 신뢰와 이해를 향상시킬 수 있습니다.

LLM4AD 프레임워크에서 LLM은 자율주행 시스템 내에서 의사 결정을 담당하는 '두뇌' 역할을 합니다. LLM은 차량의 '눈' 역할을 하는 인지 또는 위치 추정 모듈에 직접 영향을 미치지 않습니다. 대신, 이러한 모듈의 출력을 참조하여 상위 수준의 의사 결정 프로세스를 안내합니다. LLM은 이러한 모듈에서 처리된 데이터를 수신함으로써 정보에 입각한 의사 결정을 향상시켜 자율주행 차량의 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다. 하위 단계에서는 차량의 제어 모듈이 '손' 역할을 하여 LLM 기반 의사 결정 프로세스에서 얻은 주행 정책을 실행합니다.
LLM4AD 프레임워크의 주요 구성 요소

인간 명령 및 평가: 인간은 LLM에 자연어로 명령(I)과 평가(F)를 직접 입력합니다. 명령에는 자율주행 에이전트에 대한 인간의 요구 사항이 포함되고, 평가는 이러한 주행 정책의 효과에 대한 피드백입니다.
시스템 메시지: 시스템 메시지(S)는 대화 또는 작업 시작 시 LLM4AD 시스템에 지침이나 컨텍스트를 제공하는 방법입니다. 시스템 메시지를 통해 개발자는 LLM4AD 시스템이 사용자와 상호 작용하거나 특정 유형의 작업을 수행할 때 따라야 하는 역할, 제약 조건 및 목표를 명확하게 정의할 수 있습니다.
상황 설명: 상황 설명은 현재 주행 컨텍스트(C)를 텍스트 설명으로 변환합니다. 상황 설명은 미리 정의된 구조를 따르고 자연어를 사용하여 현재 주행 시나리오에 대한 자세한 텍스트 설명을 제공합니다. 이를 통해 LLM에 상황 인식과 현재 주행 시나리오에 대한 포괄적인 표현을 제공하여 현재 교통 상황에서 적절한 결정을 내릴 수 있도록 합니다.
히스토리 메모리 및 메모리 모듈: 메모리 모듈은 다양한 사용자의 프로필을 저장하여 모든 사용자의 주행 경험을 향상시킵니다. 인간 사용자가 LLM4AD 시스템을 사용할 때마다 시스템은 해당 사용자와 관련된 관련 히스토리 상호 작용(H)을 기록합니다. 그런 다음 현재 인간 사용자에 대한 히스토리 데이터가 입력으로 LLM에 전송됩니다. 이러한 히스토리 상호 작용은 현재 사용자의 선호도에 대한 참조 지점 역할을 하여 시스템이 사용자 경험을 개선하도록 안내합니다. 각 여행 후에는 상호 작용 데이터가 메모리 모듈의 해당 프로필에서 업데이트됩니다.
대규모 언어 모델: LLM은 프레임워크의 핵심 모듈 역할을 하며, 히스토리 메모리(상호 작용, H), 시스템 메시지(S), 상황 설명(C), 인간 명령(I), 인간 평가(F)를 포함한 모든 입력을 수신하고 텍스트 출력(LMP, R)을 생성합니다. 여기서 중요한 점 하나는 인간과 유사한 추론 및 실제 주행 고려 사항과의 일치를 보장하기 위한 안내 신호 역할을 하는 사고의 사슬 프롬프팅[9] 기법을 사용한다는 것입니다. 사고의 사슬은 LLM에 구조화된 일련의 추론 예제를 제시하여 기존 지식 격차를 해소합니다. 일련의 논리적이고 연결된 단계를 제공함으로써 LLM은 복잡한 주행 시나리오에서 더 효과적으로 수행할 수 있습니다.
생성된 프로그램: '정책으로서의 코드[10]' 개념에서 영감을 받아 LLM의 주요 출력 중 하나는 실행 가능한 코드로 구성된 생성된 LMP(P)입니다. 이러한 코드는 환경 내에서 에고 에이전트의 주행 동작에 영향을 미치는 데 사용되며, 새로운 자연어 명령을 일반화할 수 있을 뿐만 아니라 주행 컨텍스트에 따라 모호한 언어적 설명(예: "서둘러", "좌회전")을 기반으로 속도와 같은 정확한 수치를 제공할 수도 있습니다.
출력 생각: 사고의 사슬 프롬프팅[9]을 사용하면 LLM은 프로그램 코드를 생성할 뿐만 아니라 해당 솔루션에 도달하는 데 사용된 사고 프로세스에 대한 단계별 설명도 제공합니다. 이러한 사고의 사슬은 "명령이 '서둘러'이므로 목표 속도를 높이겠습니다." 또는 "좌회전하려면 현재 속도에 따라 조향 각도를 조정해야 합니다."와 같이 각 결정에 대한 LLM의 추론을 나타냅니다. 출력 생각은 생성된 프로그램(P)과 함께 제공되어 LLM이 주행 상황 설명의 맥락에서 자연어 명령을 해석하여 속도나 조향 각도와 같은 정확한 제어 값을 생성하는 방법에 대한 통찰력을 제공합니다. 이러한 출력 생각은 LLM4AD 시스템의 의사 결정 프로세스의 투명성과 해석 가능성을 향상시킵니다.
실행기: 실행기는 LLM의 텍스트 출력과 현재 자율주행 정책 간의 다리 역할을 합니다. LLM에서 생성된 LMP(P)를 가져와 해당 환경에서 실행합니다. 이를 통해 코드가 에고 차량의 현재 상태와 상호 작용할 수 있으며, 생성된 프로그램이 실제 또는 시뮬레이션된 환경에서 의도한 주행 동작을 배포할 수 있습니다. 본 연구 범위 내에서 자율주행 시스템마다 해당 코드가 각 실행기에 의해 실행되는 방식에 약간의 차이가 있을 것입니다.

Ключевые выводы из

Large Language Models for Autonomous Driving (LLM4AD): Concept, Benchmark, Simulation, and Real-Vehicle Experiment

by Can Cui, Yun... в arxiv.org 10-22-2024

https://arxiv.org/pdf/2410.15281.pdf

Дополнительные вопросы

자율주행 시스템에서 LLM의 윤리적 의미는 무엇이며, 잠재적인 편견이나 차별을 어떻게 해결할 수 있을까요?

자율주행 시스템에서 LLM (대형 언어 모델)의 윤리적 의미는 매우 중요하며, 다음과 같은 측면에서 고려되어야 합니다.

편견 및 차별: LLM은 방대한 데이터셋으로 훈련되기 때문에, 데이터에 존재하는 편견이나 차별이 모델에 반영될 수 있습니다. 예를 들어, 특정 인종이나 성별의 보행자를 인식하는 데 어려움을 겪거나, 특정 지역이나 도로 환경에서 안전하지 못한 주행을 할 수 있습니다. 이러한 문제는 공정성, 책임성, 투명성을 기반으로 해결해야 합니다.

해결 방안:

다양하고 포괄적인 데이터셋 구축: 훈련 데이터의 다양성을 확보하여 특정 집단에 대한 편향을 최소화해야 합니다.
편향 완화 기술 적용: 훈련 과정에서 편향을 완화하는 알고리즘을 적용하고, 모델의 출력을 지속적으로 모니터링하여 편향을 감지하고 수정해야 합니다.
윤리적 가이드라인 및 규제 마련: LLM 개발 및 운영에 대한 명확한 윤리적 가이드라인을 수립하고, 필요한 경우 법적 규제를 통해 책임성을 강화해야 합니다.

책임 소재: 사고 발생 시 책임 소재 규명은 매우 중요한 문제입니다. LLM 기반 자율주행 시스템은 복잡한 의사 결정 과정을 거치기 때문에, 사고 원인을 명확히 규명하고 책임 소재를 가리는 것이 어려울 수 있습니다.

해결 방안:

설명 가능한 AI (XAI) 기술 개발: LLM의 의사 결정 과정을 설명 가능하도록 만들어 사고 원인 분석을 용이하게 해야 합니다.
블랙박스와 책임 기록: 자율주행 시스템의 모든 데이터 입출력 및 의사 결정 과정을 기록하는 블랙박스를 도입하고, 이를 활용하여 책임 소재를 명확히 해야 합니다.
보험 및 법적 프레임워크 재정립: 자율주행 시스템의 특수성을 고려한 새로운 보험 상품 및 법적 책임 프레임워크를 구축해야 합니다.

데이터 프라이버시: LLM 기반 자율주행 시스템은 주행 환경 정보, 운전자 및 탑승자 정보 등 방대한 양의 데이터를 수집 및 활용합니다. 이러한 데이터는 개인 정보 침해 및 오용 가능성이 있으므로, 데이터 프라이버시 보호가 중요합니다.

해결 방안:

데이터 최소화 및 익명화: 자율주행에 필요한 최소한의 데이터만 수집하고, 개인 식별이 불가능하도록 익명화해야 합니다.
데이터 보안 강화: 수집된 데이터의 안전한 저장 및 전송을 위한 보안 시스템을 구축하고, 해킹 및 정보 유출 방지를 위한 기술적 조치를 강화해야 합니다.
데이터 활용 동의 및 투명성 확보: 데이터 수집 및 활용 목적을 명확히 밝히고, 사용자 동의를 얻어야 합니다. 또한, 데이터 처리 과정을 투명하게 공개하여 사용자의 신뢰를 얻어야 합니다.

자율주행 시스템에서 LLM의 윤리적 문제는 기술적인 측면뿐만 아니라 사회적 합의와 규제 마련이 필요한 복잡한 문제입니다. 따라서, 개발자, 정책 입안자, 시민 사회 등 다양한 이해관계자들이 적극적으로 참여하여 책임감 있는 자율주행 시스템 개발을 위해 노력해야 합니다.

LLM 기반 자율주행 시스템이 예측 불가능하거나 악의적인 인간의 행동에 어떻게 대응하도록 설계할 수 있을까요?

LLM 기반 자율주행 시스템은 예측 불가능하거나 악의적인 인간의 행동에 효과적으로 대응하기 위해 다층적인 방어 메커니즘을 갖춰야 합니다.

강화된 상황 인지 능력:

다양한 센서 데이터 융합: 카메라, 라이다, 레이더 등 다양한 센서 데이터를 융합하여 주변 환경을 정확하게 인식하고, 돌발 상황 발생 가능성을 예측합니다.
V2X (Vehicle-to-Everything) 통신 활용: 다른 차량, 인프라와 정보를 주고받으며 위험 상황 정보를 공유하고, 협력적인 주행 전략을 수립합니다.
운전자 행동 예측 모델: 운전자의 시선, 핸들 조작, 차량 움직임 등을 분석하여 운전자의 의도를 예측하고, 잠재적인 위험 행동을 사전에 감지합니다.

예측 불가능한 상황에 대한 대응:

다양한 시나리오 학습: 정상적인 주행 상황뿐만 아니라, 갑작스러운 차선 변경, 끼어들기, 보행자 난입 등 다양한 예측 불가능한 상황에 대한 학습 데이터를 구축하여 LLM이 유연하게 대응하도록 훈련합니다.
강화학습 기반 의사 결정: 실제 주행과 유사한 환경에서 강화학습을 통해 LLM을 훈련시켜, 예측 불가능한 상황에서도 안전하고 효율적인 의사 결정을 내릴 수 있도록 합니다.
안전 최우선 방어 로직: LLM의 판단이 불확실하거나 위험하다고 판단될 경우, 안전을 최우선으로 고려하는 방어적인 주행 모드로 전환하여 사고 발생 가능성을 최소화합니다.

악의적인 행동에 대한 방어:

이상 행동 탐지: 센서 데이터 분석 및 V2X 통신을 통해 의도적인 방해, 공격적인 주행, 해킹 시도 등 악의적인 행동 패턴을 탐지합니다.
보안 시스템 강화: 외부 침입으로부터 자율주행 시스템을 보호하기 위해 강력한 보안 시스템을 구축하고, 주기적인 취약점 점검 및 업데이트를 통해 보안 수준을 유지합니다.
법적 책임 강화: 악의적인 행동으로 인한 사고 발생 시, 명확한 책임 소재 규명 및 처벌을 위한 법적 근거를 마련하고, 사이버 보안 관련 법규를 강화합니다.

LLM 기반 자율주행 시스템은 인간의 행동을 완벽하게 예측하고 대응하는 것은 불가능합니다. 하지만 위에서 제시된 다층적인 방어 메커니즘을 통해 예측 불가능한 상황 및 악의적인 행동에 대한 대응 능력을 향상시켜 자율주행 시스템의 안전성과 신뢰성을 확보해야 합니다.

자율주행 시스템에서 LLM의 광범위한 채택으로 인해 발생할 수 있는 장기적인 사회적 및 경제적 영향은 무엇일까요?

LLM 기반 자율주행 시스템의 광범위한 채택은 우리 사회에 장기적으로 큰 파급 효과를 가져올 것입니다. 긍정적 영향과 더불어 예상되는 문제점들을 함께 고려하여 사회 시스템 전반의 변화에 대비해야 합니다.
긍정적 영향:

안전성 향상 및 사고 감소: LLM은 인간의 실수를 제거하고, 뛰어난 상황 판단 능력을 바탕으로 안전한 주행을 가능하게 합니다. 교통사고 발생률을 획기적으로 감소시켜 인명 피해와 사회적 비용을 줄일 수 있습니다.
교통 효율성 증대: LLM은 최적화된 경로를 통해 이동 시간을 단축하고, 연료 효율을 높여 교통 혼잡과 환경 오염을 줄이는 데 기여합니다.
편의성 증대 및 이동의 자유 확대: 운전 자동화를 통해 운전자는 이동 중에 업무, 여가, 휴식 등 다른 활동을 즐길 수 있습니다. 노약자, 장애인 등 이동에 제약이 있는 사람들에게도 이동의 자유를 제공합니다.
물류 및 운송 산업 혁신: 자율주행 트럭, 배송 로봇 등의 등장으로 물류 시스템 효율성을 높이고, 운송 비용을 절감할 수 있습니다. 24시간 운행이 가능해짐에 따라 물류 산업의 경쟁력 강화 및 새로운 서비스 창출이 기대됩니다.
잠재적 문제점:

대규모 실업: 운송, 물류, 택시 등 운전자 중심 산업에서 대규모 실업이 발생할 수 있습니다. 새로운 일자리 창출과 함께 기존 일자리와의 연계, 재교육 프로그램 마련 등 사회적 안전망 구축이 필요합니다.
데이터 보안 및 프라이버시 침해: LLM은 방대한 양의 데이터를 수집하고 활용하기 때문에, 개인 정보 유출 및 오용 가능성이 높아집니다. 강력한 데이터 보안 시스템 구축과 함께 개인 정보 보호 관련 법적 규제 강화가 필요합니다.
디지털 격차 심화: 자율주행 시스템 이용 비용이 높아 저소득층의 접근성이 제한될 수 있습니다. 사회적 불평등 심화를 막기 위해 저렴한 자율주행 서비스 제공 방안 마련 등 포용적인 정책이 요구됩니다.
윤리적 딜레마: 사고 발생 시 책임 소재 규명, 알고리즘 편향, 해킹 등 윤리적 딜레마에 직면할 수 있습니다. 사회적 합의를 기반으로 윤리적인 자율주행 시스템 개발 및 운영 가이드라인을 마련해야 합니다.
결론:
LLM 기반 자율주행 시스템은 우리 삶을 혁신적으로 변화시킬 잠재력이 있지만, 동시에 해결해야 할 과제도 안고 있습니다. 기술 발전과 더불어 사회적 합의, 법적 규제, 윤리적 고려 등 다층적인 노력을 통해 긍정적인 미래를 만들어나가야 합니다.