[2월 2주차] 현실세계와 쌍둥이, 디지털 트윈

 

지난 주 디지털 뉴딜을 알아보면서, 나한테 낯선 개념이지만 단어 자체는 어디서 많이 본 것 같은 디지털 트윈에 대해서도 궁금증이 생겨 다음 주제다!! 싶어 선정. 사설 없이 바로 시작~

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디지털 트윈의 정의

디지털 트윈(digital twin)은 컴퓨터에 현실 속 사물의 쌍둥이를 만들고, 현실에서 발생할 수 있는 상황을 컴퓨터로 시뮬레이션함으로써 결과를 미리 예측하는 기술이다. 요즘 현실세계와 똑 같은 가상의 세계인 이 디지털 트윈이 디지털 전환의 핵심 키워드로 부상하고 있다.

최근 주목받고 있는 메타버스와는 ‘거울 세계’라는 개념적 특징은 유사하지만, 구현 기술 및 활용의 측면에서 엄연히 구별된다.

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디지털 트윈과 메타버스의 차이

메타버스는 가상세계와 현실세계가 융합된 플랫폼으로 이용자들에게 새로운 경제•사회•문화적 경험을 제공한다. 실제 세계와 똑같은 물리적 환경을 구현하는 것이 아닌 여러 가상 세계를 나와 닮은 캐릭터(아바타)가 탐험할 수 있다는 것이 특징이다.

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반면 디지털 트윈은 가상세계에 실제와 동기화한 시뮬레이션을 거쳐 현실 대상에 대한 의사결정에 활용하는 기술이다. 과거 일부 분야의 모의 실험 형태였던 디지털 트윈은 AI•XR•5G 등 기술의 발전과 더불어서 의사결정이 필요한 모든 산업에 확장되는 추세다.

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디지털 트윈의 활성화 배경

디지털 트윈은 2002년에 최초로 개념이 소개된 이후, 제조 분야에서 부분적으로 사용되어져 왔으나 최근 여러 산업 분야에서 각광을 받고 있다. 그 이유로는 새로운 분야에서도 디지털 트윈 개념을 구체화하고 적용할 수 있을 정도로 기반 기술이 축적됐다는 것.

디지털 트윈 모델을 만들고자 하는 물리적 실체 대상에 대해 3D형상을 만들고, 증강현실이나 가상현실 등을 통해 가시화할 수 있으며 대상물의 기능과 동작 등을 가상 모델화 할 수 있다. 그리고 이 대상물의 실제 동작 현황을 실시간 모니터링하면서 데이터를 수집하고, 빅데이터, 인공지능을 통해 분석할 수 있다.

또한 어떤 낯선 개념이 비즈니스 생태계에서 생존 및 확산되려면 받아들이고 투자를 유발하는 선순환 관계가 만들어져야 하는데, 디지털 트윈은 인문학 배경의 투자자를 비롯해 누구에게나 쉽게 이해시킬 수 있는 직관적 이름 덕분에 더 각광받을 수 있었다고 밝혔다.

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디지털 트윈의 구성 요소

1) 물리적 대상​

현실 세계에서 존재하는 물리적 제품/대상

2) 가상 모델

사이버 상에 물리적 대상을 쌍둥이처럼 똑같이 구현한 가상 모델

3) 데이터 연결

물리적 대상과 가상의 대상 간 데이터를 실시간 연결해주는 기술

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디지털 트윈의 개념도

- 기존 디지털 트윈의 개념도(마이클 그리브스 박사가 제시한 기본 개념)

 

 

- 현재 조금 더 구체화된 표현

 

 

아직 물리 트윈과 디지털 트윈, 그리고 이들 간의 데이터 통신을 포함하는 전체 구성에 대해 불리는 이름이 없어 혼동이 일어나기도 한다. 디지털 트윈이라고 하면, 전체를 아우르는 총칭의 이름이기도 하면서 가상 세계에 쌍둥이 존재로 만들어진 가상 객체의 이름이기도 하는 중의적 뜻이 혼용되고 있다.

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디지털 트윈은 현실 세계에 존재하는 사물, 시스템 환경 등을 S/W 시스템의 가상 공간에 동일하게 모사(virtualization) ➡️ 실물 객체와 시스템의 동적 운동 특성 및 결과 변화를 S/W 시스템에서 모의(simulation) ➡️ 모의 결과에 따른 최적 상태를 실물 시스템에 적용 ➡️ 실물 시스템의 변화가 다시 가상 시스템으로 전달 (순환구조)

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물리 트윈에 대한 수학적 표현식의 의미는 물리 객체의 동작은 X라고 불리는 모델로 표현. a, b, c, d, e라고 하는 매개변수에 의해 동작이 좌우된다는 뜻이다. 어느 하나의 매개변수가 변화되면 그에 따라 결과에 대한 종속변수 X도 변화가 뒤따르게 된다.

디지털 트윈에 대한 X1은 X 전체 가운데 일부만 모델링하여 부분적 동작을 디지털 트윈으로 만들었다는 뜻이다.

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예를 들면 자동차의 경우에 실물 자동차의 구성, 기능, 동장 등을 가상의 쌍둥이 모델(디지털 트윈)으로 만든 경우, 엑셀과 브레이크 밟기, 운전대 회전이 입력 변수(a, b, c …)가 되고, 자동차 가상 모델은 해당 입력에 따라 주행동작을 출력 X1으로서 시뮬레이션 하게 된다.

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디지털 트윈의 활용 사례

1) 가상 싱가포르(Virtual Singapore)

스마트시티 구축과 운영에 디지털 트윈을 적용한 대표적 사례로 싱가포르가 있다.

싱가포르의 빌딩, 도로망, 수목, 강 등 도시 전체를 구조적 3D 가상 모델로 만들었고, 교통체계, 건축 등에 대한 시뮬레이션, 군중 분산, 교통 흐름, 보행자 이동 패턴 등과 같은 다양한 목적의 시뮬레이션이 가능하다.

그러나 디지털 트윈의 기본 개념은 실물 객체와 가상 객체 간에 실시간의 데이터 통신을 통한 상호 작용을 전제로 하고 있는데, Virtual Singapore는 도시 규모이기 때문에 이러한 실시간 데이터 연동은 없이 가시적 및 동작모델로 구성한 구조이다.

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2) 새만금 디지털 트윈

새만금 개발청은 국정과제로 추진 중인 ‘새만금 스마트 수변도시’ 조성 시 수변도시 경쟁력 강화와 도시민 삶의 질 향상을 위해 디지털 트윈 플랫폼 구축 계획을 갖고 있다. 수변도시 조성으로 만들어지는 새로운 도시에 매립 단계, 토목공사 단계, 건설운영 단계 등 단계별 맞춤 방식으로 디지털 트윈을 적용할 계획이다.

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3) 영국 VU.CITY

도시 개발을 하는 회사와 3D 콘텐츠 제작 전문 기업이 같이 만든 솔루션으로 가상 도시 모델을 만들어서 정부 입장에서는 도시 운영을 효율화, 시민 입장에서는 다양한 데이터를 덧입혀 시민 체감형 서비스를 제공하고 있다.

건물 건설 시 변경되는 도시의 스카이라인을 사전에 보여줘 도시 경관 변화를 시민들이 보행자 레벨에서 체감할 수 있도록 하고, SNS를 비롯한 교통, 날씨, 환경 정보, 뉴스 정보 등 실시간 데이터까지 연동하여 인터랙티브한 모델을 구축했다.

- 도시 개발 및 의사결정에 소요되는 시간과 비용 절감

- 도시의 시민들이 원하는 정보를 언제든 찾아볼 수 있고, 체감할 수 있는 가상의 도시 모델 제공

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이 외에도 그린 빌딩, 드론 서비스, 물류 로봇, 자율주행 차량 등이 디지털 트윈의 사례가 되고 있다.

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우리나라 과학기술정보통신부는 21년 9월 ‘디지털 트윈 활성화 전략’을 의결하면서 본격적으로 디지털 트윈 산업 육성을 예고했다. 이미 ‘한국판 뉴딜 10대 대표과제’, ‘한국판 뉴딜 2.0 디지털 초혁신 프로젝트 과제’에 포함돼 국가 경쟁력을 견인할 핵심기술로 선정되었고, 이제 전략적으로 관련 산업과 시장의 활성화에 속도를 내겠다는 의도다.

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디지털 트윈의 기대 효과

1) 실시간 문제 파악

언제 어디서나 공정 관련 문제 발생 파악 가능

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2) 새로운 개발 진행

모의실험을 통해 결과를 미리 예측하여 새로운 제품 설계 가능

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3) 최적의 솔루션 도출

즉각 반영되는 데이터를 토대로 최적의 솔루션 도출 가능

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4) 디지털 전환 가시화

디지털 전환(Digital Transformation)은 사업/업무의 관행, 수행체계, 정보화, 지능화, 자율동작 등을 통해 모든 것을 변화시킬 수 있는, 사고체계 전환을 유발하는 것으로서 디지털 트윈은 이런 변화와 전환을 사용자들에게 표출하는 수단으로서 기능

 

 

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참고 자료

 

김용운(2021.05), "디지털 트윈의 개념과 기술 및 산업 분야별 활용 사례", 지능정보기술동향, 31-47.

지능정보기술동향

 

 

물리적 세계와 디지털 세계의 통합, Digital Twin

계장기술

디지털 트윈의 현재 그리고 미래는? – Sciencetimes