토요타, AI를 사용하여 제너레이티브 디자인 시트 프레임을 업그레이드하다

• 토요타는 미래를 위해 보다 안전하고, 안락하고, 지속 가능하도록 시트 프레임을 새롭게 디자인하고 있다.
•  제너레이티브 디자인을 사용하면 크기 및 무게 등 디자인 매개변수를 맞추면서 인간 디자이너라면 생각하지 못했을 형태를 만들어 낼 수 있다.
•  AI 기반 도구는 아이디어를 실현하여, 사용하기 쉬우면서도 소비자가 원하는 기능을 갖춘 단순하고 아름다운 제품을 만든다.

자동차의 디자인, 안전성, 안락함의 균형을 맞추는 기술은 많은 면에서 복잡하며, 한정된 곳에 더 많은 공간을 추가할 때 더욱 그렇다. 토요타는 더욱 얇고 가벼운 시트를 제작하여 자동차 안에 더 많은 공간을 마련하려는 시장의 요구에 대응하고 있다.

토요타 자동차의 비전 디자인 부문 인테리어 디자인 부서의 프로젝트 매니저 오모리 신스케(Shinsuke Omori)는 “현재의 시트 프레임은 신뢰할 수 있는 제조 능력으로 필요 강도를 충족하도록 설계됐지만 더 얇게 만들기는 어렵다”며 “디자이너들은 시트 프레임 자체만 가지고 작업하지 않고 재료를 추가하는데, 이것이 제약 사항”이라고 말했다.

그러나 오모리의 디자인 팀은 쇼룸 자동차 프레임의 현재 모양에 신경 쓰지 않고 이상적인 형태와 특징을 탐구할 수 있다. 오모리는 “이번에는 아직은 시기상조인 디자인이라 하더라도 가까운 미래에 상용차에 영향을 주고 연계할 수 있는 새로운 프레임을 디자인하고 싶었다”며 “디자이너가 실현 불가능하다고 생각한다면 이 프로젝트는 그저 시기상조에 불과하다. 따라서 어느 정도는 실현 가능한 디자인을 만들어야 했다”고 말했다.

미래의 시트 프레임

빠른 속도로 움직이는 자동차에서 시트는 많은 요건을 충족시켜야 한다. 경량화와 지속가능성도 이 작업을 더욱 복잡하게 만드는 요소다. 오모리 매니저는 “우리는 현재 안락함, 지속가능성, 경량화 및 디자인 사이에서 균형을 맞추는 일에 집중하고 있다”고 강조했다.

제너레이티브 디자인은 오토데스크의 Fusion 360(퓨전 360)에서 이용 가능한 AI 기반 기술로서 이러한 균형 작업에 적합하다. 오모리는 “레이싱 자동차 서스펜션에 제너레이티브 디자인이 사용되고 있다는 사실이 흥미로웠다”며 “사람이 생각지도 못할 형태를 제시할 수 있으면서도 요건을 충족시킬 수 있기 때문에 자동차를 가볍고 튼튼하게 만든다. 디자이너들이 만들어 내지 못한 구조와 필요한 모든 요건을 충족하는 견고한 배경 사이의 균형을 맞춰 취사선택하는 방식을 통해, 오래된 동시에 현대적인 디자인을 만들 수 있다고 생각했다”고 말했다.

새로운 시트 프레임 디자인은 자동차 내부에 더 넓은 공간을 확보한다는 아이디어를 발전시키는 데서 시작했다. 흔히 있는 사각형 형태의 시트 프레임은 평면적 구조지만, 토요타 디자이너들은 핵심 구조물을 중심으로 옮겨서 프레임을 최적화하려는 아이디어를 시험했다. 뒷좌석에 앉은 탑승자들은 앞에 놓인 두꺼운 벽 같은 좌석 때문에 공간을 더 좁게 느끼게 되므로, 오모리의 디자인 팀은 다리 앞에 더 넓은 공간을 확보하기 위해 제한된 구역을 더 크게 만들려고 노력했다.

자동차 시트는 안정성이 반드시 보장되어야 하므로 시트 프레임은 강도와 경도가 높아야 한다. 충돌이 발생할 경우 탑승자들은 엄청난 힘에 의해 움직이고 안전벨트가 당겨지면서 강력한 힘이 여러 방향으로부터 특정 영역으로 가해진다. 경우에 따라 뒷좌석 승객이 앞좌석에 부딪히는 일도 있다.

알맞은 디자인 찾기

이러한 요건을 입력한 후에 도출된 제너레이티브 디자인의 결과물은 “보통 처음에는 예상과 전혀 다르다”며 “하지만 좀 더 발전시켜 나가면서 약간씩 수정했다. 결과물의 비율과 균형이 처음에는 아름다워 보이지 않은 경우가 있어서, 제외된 영역을 약간씩 수정하여 디자인을 일정한 방식으로 바꾸려고 노력했다”고 말했다.

오모리는 이어 “디자이너가 하고 싶어 하는 것과 제너레이티브 디자인이 만드는 것 사이에는 항상 상충점이 있다. 예를 들어 비율이나 균형을 조작하면 움직임에 문제가 생기거나 중량이 늘어날 수 있다”고 말했다. 디자인을 완성하기까지 3~4개월이 걸렸고, 오모리는 트리플 바텀 라인(Triple Bottom Line)의 야나기사와 사토시(Satoshi Yanagisawa)와 긴밀한 작업을 통해 예측을 완료했다.

오모리는 “디자이너가 생각하지 못한 다양한 패턴의 형태를 지켜보는 것은 즐거운 일”이라며 “이 작업은 항상 매력적이다. 작은 차이가 완전히 다른 형태를 만들어 내는 것을 보면서 놀랍고 즐겁다. 이 점이 제너레이티브 디자인의 장점 중 하나라고 생각한다”고 말했다. 그러나 경량 제품을 만들려면 관련 분야와 재료에 대한 지식도 필요하다. 이 모든 입력된 정보를 통해 특정 부분의 무게를 줄일 수 있다. 디자인 팀은 현재 사내 엔지니어들과 협력하여 제너레이티브 디자인을 활용한 새로운 디자인을 개발 중이다.

오모리는 자신의 팀이 판매용 차량에 설치할 가능성을 염두에 두고 시트 프레임을 디자인하고 있다고 말했다. 이 시트 프레임을 만들려면 3D 프린팅이 필요하고 결과적으로 비용이 증가한다. 현재 시트 프레임은 기존 생산 방식을 사용하여 효율적으로 만들어지기 때문에, 제너레이티브 디자인 개념을 포함하면서 동시에 프레스 제조를 활용하여 프레임을 생산하는 방법을 추가로 연구할 필요가 있다. 오모리는 “이 프로젝트를 통해 다양한 지식을 얻었기에 가능성을 봤다고 생각한다”고 말했다.

AI의 핵심은 아이디어

오모리의 말에 따르면 대량생산을 위한 프레스 제조의 가치 제안(value proposition)은 미래 자동차를 위해 바뀔 수 있다. 오모리는 “오늘날 시트는 다양한 신체 사이즈를 수용할 수 있는 최대 공통 분모라는 개념으로 만들어졌기 때문에, 모든 사람에게 편안하고 최적인 시트를 만들기는 어렵다”고 말했다.

이렇게 새로운 유형의 디자인을 사용하면, 시트의 척추 부분을 다양한 시트 사이즈에도 동일하게 유지하면서 3D 프린터 등을 사용하여 척추를 제외한 나머지 부분을 사용자의 신체조건에 맞추는 것이 가능할 수 있다. 현재의 시트는 금속 프레임, 우레탄, 가죽 등 완전히 서로 다른 재료를 사용하여 만든다. 하지만 오모리는 제너레이티브 디자인을 사용하여 한 가지 재료로 제작하는 것이 가능할 수 있다고 주장했다.

오모리는 “이러한 종류의 디자인은 처음에는 제한된 목적으로만 사용하면 구현하기 더 쉬울 것”이라며  “예를 들어 저속 자동차로 제한을 두면 필요 요건을 낮출 수 있다. 속도가 자동으로 조절되는 특수한 환경이 있다면 거기부터 시작해서 일반 차량으로 점차 확장해 나갈 수 있다고 생각한다”고 말했다.

토요타는 디자인 파이프라인을 위해 제너레이티브 디자인을 포함한 AI 기반 도구를 적극적으로 시험하고 있다. 오모리는 “이 점에 있어 우리는 매우 자유롭다”며 “같은 부서 내에서도 자동차와 전혀 관련 없는 것을 디자인하고 계획한다. 다른 부서 등 외부의 자극을 받는 것이 중요하다. 이러한 도구가 미래에 우리의 초점을 바꿀 것이며, 기본 개념이 더욱 중요해질 것이다. 도구는 점점 강력해지지만 차별화를 위해 어떤 종류의 형태를 만들고 싶은지, 그 형태 뒤에 있는 의도, 의미, 기능이 무엇인지 초점을 분명하게 해야 한다”고 말했다.

오모리는 “사용하기 쉽고 고객이 원하는 기능을 갖췄으면서 단순하고, 아름답고, 간단한 제품을 만드는 것이 중요하다”며 “이를 위해 그냥 도구를 사용하기보다는 처음에 하고 싶은 것이 무엇인지 결정하고, 토요타 디자인으로 삼고 싶은 방향과 개념을 명확히 해야 한다. 그 도구가 이 개념과 부합하는 한, 가능한 모든 것을 사용하여 최고의 제품을 만들 것”이라고 말했다.