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지속가능한 도시의 미래를 만들다미래를 이끌 기술 쌍둥이 전략 ‘디지털 트윈’

이제 ‘디지털’은 우리 생활에서 어느 단어 앞에 붙여도 어색하지 않은 용어로 자리 잡았으며, 사회 전반에 걸친 디지털 변혁(Digital Transformation)에 가속도가 붙기 시작했다. 현실 세계에 존재하는 모든 것을 디지털로 옮기는 중이라도 해도 과언이 아닐 정도이며, 디지털 트윈(Digital Twin)도 그 변화의 움직임 중 하나이다.


시장조사 전문기관인 가트너는 2017년과 2018년 미래 유망 10대 기술 중 하나로 디지털 트윈을 선정한 바 있으며, 또 다른 분석기관인 ‘마켓스 앤 마켓스(Markets and Markets)’에 따르면, 2016년 2조원 시장규모에서 2023년에 18조원을 형성할 전망으로, 연평균 성장률이 무려 37.87%나 될 만큼 전세계 산업에 영향을 미칠 전망이라고 말했다.
그렇다면 디지털 트윈이란 무엇일까?  디지털 트윈은 ‘신개념 생장(生長)형 공정’을 한마디로 요약한 개념이다. 하루가 다르게 급변하는 시장 환경에 기민하게 대처해 성공적으로 살아남으려면 디지털 방식으로 구성된 제품의 ‘쌍둥이’를 활용할 필요가 있다‘ 는 논리에서 처음 등장했다. 이 디지털 트윈(Digital Twin)은 미국 GE가 주창한 개념으로, 컴퓨터에 현실 속 사물의 쌍둥이를 만들고, 현실에서 발생할 수 있는 상황을 컴퓨터로 시뮬레이션 함으로써 결과를 미리 예측하는 기술이다. GE, 가트너 등에서는 디지털 트윈에 대하여 다음과 같이 설명하고 있다. 
다시 말해, 디지털 트윈은 현실 세계에 존재하는 물리적 대상의 형상, 성질, 상태 등의 정보를 사이버 상에 동일하게 구현하는 것을 말하며, 단순히 현실과 외관만 똑같은 쌍둥이 사물을 만드는 것은 아님을 알 수 있다. 또한, 이미 3D 모델링과 시뮬레이션 기술은 제조업을 비롯한 전 산업의 다양한 분야에서 오래전부터 적용되어 왔지만, 디지털 트윈은 실물과 트윈이 1대1 매칭된다는 점에서, 하나의 모델을 생성하고 시뮬레이션 한 결과로 수천, 수만 대의 제품을 양산하는 기존의 방식에서 고도화된 기술이라고 할 수 있다.
엄밀히 말해 디지털 트윈은 새로운 기술이 아니라는 것이다. 이미 2000년대 초반에 항공 우주 분야에서 적용이 된 기술로, 수천억 원의 천문학적 비용을 들여 우주발사체를 쏘아 올리는 과정에서 디지털 트윈을 통해 가상으로 복제한 발사체를 만들어놓고 시뮬레이션을 하는 과정이 필요했던 것이다. 한 치의 오차라도 있으면 수천억 원의 비용을 들인 프로젝트가 순식간에 물거품이 될 수 있다는 점에서 수차례의 확인 과정에 있어 이와 같은 디지털 트윈은 반드시 필요한 절차이다.
 

디지털 트윈에 새로운 가치 부여, 각 산업으로 확대
그렇다면 이전부터 사용됐던 디지털 트윈이 갑자기 주목받는 이유는 무엇일까? 관련 기술들이 점차 발달하여 디지털 트윈에 새로운 가치를 제공했기 때문이라고 할 수 있음. 바로 인공지능, 사물인터넷(IoT), 칩의 고집적화와 저가화, 증강현실을 비롯한 실감미디어의 발전 등 디지털 트윈을 각 산업으로 확대 적용할 수 있는 관련 기반 기술들이 속속 등장함에 따라 디지털 트윈이 진화할 수 있게 된 것이다. 이로 인해 더 많은 데이터를 더 낮은 가격에 생산할 수 있게 됨으로써 모든 사물에 칩을 장착할 수 있는 기반이 마련됐고, IoT를 연계해 수집된 데이터를 실시간으로 현실과 유사한 디지털 트윈에 전달할 수 있으며, 디지털 트윈 환경에서 시뮬레이션으로 AI를 학습시키면서 최적화 방안을 도출해낼 수 있게 됐다. 
이에 따라 기존 디지털 트윈이 단순히 가상환경 기능만 제공해왔다면, 영역을 더욱더 확장해 최적의 결과물을 제공하는 역할까지 아우르고 있다. 그 한 예로, 기존 BIM은 단순히 건축 도면용으로 사용됐었으나, 최근에는 건물 에너지 관리를 위한 용도로 큰 주목을 받고 있다. 현재 디지털 트윈은 제조 분야를 중심으로 적용되어, 에너지, 교통, 물류, 소매, 도시 등으로 적용 영역이 점차 확장되는 추세이다. 이 분야에서 가장 앞선 기업인 GE는 GE의 모든 기계들에 대해 디지털 트윈을 구축할 계획을 수립한다. GE는 전형적인 첨단 제조와 소재기술에 센서의 결합으로 이루어진 데이터 분석과 해석을 위한 소프트웨어의 연결로 기술 발전을 가속화하고 있다. 
디지털 트윈을 오픈 이노베이션 전략과 같이 하여, 항공 엔진이나 기관차, 영상의학기기, 조명, 풍력터빈 등에 산업인터넷을 적용하여 생산 배치, 자산 최적화, 장비 작동 시나리오 등에 활용하고 있으며, 소재부터 설계, 제조, 서비스에 이르는 모든 과정을 하나로 연결하여 향후 15년간 300억 달러 이상의 비용을 절감한다는 계획을 수립하고 있다. 스마트팩토리를 넘어 첨단제조기술과 산업인터넷이 통합된 ‘생각하는 공장(Brilliant Factory)’이 목표인 셈이다.

디지털 트윈과 도시의 미래 방향, 싱가포르 프로젝트!
디지털 트윈과 도시의 미래 방향을 보여주는 사례로는 싱가포르의 ‘버추얼 싱가포르(Virtual Singapore)’ 프로젝트를 꼽을 수 있다. 해당 프로젝트는 3차원(3D)으로 싱가포르 전 국토를 그대로 모사하는 것으로, 단순히 도시의 외양만 3D로 만든 것이 아니라 전기·가스·교통 등 사회 필수 인프라, 기상정보, 인구통계, 시설물 등 건물 내부까지 데이터로 수치화해 시뮬레이션 할 수 있도록 하고, 빅데이터와 사물인터넷(IoT), 3D 모델링, 머신러닝과 인공지능(AI)을 활용한 예측 분석 등 첨단 기술들이 융합된 디지털 트윈 구축 사업이다
'디지털 쌍둥이'라는 애칭처럼 사람들은 버추얼 싱가포르를 통해 도시에서 움직이는 모든 것을 포착하고 도시에서 일어나는 모든 일을 실시간 추적할 수 있음. 그뿐만 아니라 인구 증가, 새로운 건축, 주요 행사, 사건들을 예측해서 미래 도시의 진화 시뮬레이션까지 시각화해서 보여주며, 단순히 건물 인프라뿐만 아니라 심어 있는 나무의 높이, 개수까지도 포함된 도시 생활의 모든 측면을 가상화한다.
싱가포르의 스마트국가 정책의 일환으로 추진된 버추얼 싱가포르 프로젝트는 2014년 12월에 시작해 2018년 완성을 목표로 하고 있다. 싱가포르 정부는 버추얼 싱가포르를 도시의 여러 문제를 해결하는 지능형 정보 플랫폼으로 활용할 계획이며, 정부뿐만 아니라 기업, 국민, 연구기관이 모두 활용할 수 있도록 함으로써 개방형 혁신(오픈 이노베이션)이 연쇄적으로 발생할 것을 기대하고 있다. 기술발전의 궁극적인 목적은 결국 인간의 삶의 질을 향상시키는데 있으며, 건강·안전·교육·문화·교통 등 인간 사회의 모든 것이 집약된 궁극의 플랫폼인 도시에서 디지털 트윈은 무한한 잠재력을 가진다. 디지털 트윈 속에서 관계 기관과 기업, 시민들이 함께 참여하여 도시의 자원과 서비스를 분석하여 관리할 수 있고, 도시를 설계하고 가상 시나리오를 시뮬레이션하며 시각적으로 구현하여 도시생활을 미리 체험해봄으로써 도시 문제와 해결 방안을 모색하고 장래 지속가능한 도시 건설과 관리에 활용될 수 있다.                                   

이철영 대기자  lcyfe@sisanewn.co.kr

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