IT 트렌드 네번째 주제는 디지털 트윈입니다! 저는 이 개념에 대해 들어본 적만 있어서 자세히 알아보기 위해 이번 주제로 선정하였습니다 :) 개인보다는 기업에게 많은 영향을 미치고 있는 디지털 트윈은 다양한 산업 속에서 어떤 발전을 주도하고 있을지 한 번 알아보겠습니다.
디지털 트윈이란?
디지털 트윈은 2002년 미국 미시간대의 마이클 그리브스 박사가 제품 생명 주기 관리(PLM ; Product Lifecycle Management)에서 최초로 제안한 개념에서부터 시작합니다. 그 당시에는 개념 구현을 뒷받침해 줄 하드웨어 및 기술이 없어 실제로 구현은 되지는 못했습니다. 이후 NASA의 존비커스 박사가 이 개념을 디지털 트윈이라고 이름 짓고, 2010년 NASA의 우주 탐사 기술 개발 로드맵에서 디지털 트윈이 반영되었습니다.
디지털 트윈은 현실세계와 동일한 쌍둥이 환경을 디지털로 구현하고, 해당 가상 환경에서 다양한 상황들을 직접 시뮬레이션하는 기술입니다. 현실의 환경에 대한 데이터를 바탕으로 가상 환경을 구축하고, 가상 모델을 적용시켜 다양한 시뮬레이션을 실행하게 됩니다. 이 과정 속에서 성능과 관련된 문제를 조사하고 이를 개선하기 위한 방안을 모색하기도 합니다.
디지털 트윈 VS 시뮬레이션과 메타버스
디지털 트윈도 일종의 가상세계를 이용한 기술이지만 시뮬레이션과 메타버스와는 차이가 있습니다. 어떤 부분이 다른지 간략하게 소개하도록 하겠습니다.
1. 디지털 트윈 VS 시뮬레이션
시뮬레이션과 디지털 트윈 모두 디지털 모델을 통해 시스템의 다양한 프로세스를 복제하지만, 디지털 트윈은 실제적인 가상 환경이기 때문에 연구 대상이 훨씬 더 풍부합니다. 디지털 트윈은 광범위한 분야와 관련된 향상된 데이터를 지속적으로 업데이트하고 가상 환경에 수반되는 추가 컴퓨팅 성능을 접목하여 표준 시뮬레이션보다 훨씬 더 다양한 문제를 연구할 수 있으며, 제품과 프로세스를 개선할 수 있는 궁극적인 잠재력을 가지고 있습니다.
| 시뮬레이션 | 디지털 트윈 | |
| 규모 | 일반적으로 하나의 특정 프로세스를 연구. |
다양한 프로세스를 연구할 수 있도록 유용한 시뮬레이션을 얼마든지 실행하는 것이 가능. |
| 특징 | 시뮬레이션의 경우 일반적으로 실시간 데이터는 도움이 되지 않음. | 디지털 트윈은 객체 센서가 시스템 프로세서에 관련 데이터를 제공 시 최초로 발생하고, 프로세서에 의해 생성된 인사이트가 기본의 소스 객체와 재공유될 때 또 다시 발생하는 양방향 정보 흐름을 중심으로 설계. |
2. 디지털 트윈 VS 메타버스
메타버스는 가상세계와 현실 세계가 융합된 플랫폼으로, 사용자들에게 가상세계 속 새롭고 다양한 경제,사회, 문화적 경험을 제공합니다. 디지털 트윈은 IoT 센서, 5G 네트워크, 빅데이터, 클라우드 등의 기술을 통해 가상모델을 생성하고, 현실 세계의 변화를 실시간으로 반영한 시뮬레이션을 통해 현실의 최적화된 의사 결정을 할 수 있도록 지원합니다. 메타버스의 필수요소는 "현실 세계와의 연결"이라면 디지털 트윈은 "실시간 동기화"가 핵심입니다!
디지털 트윈의 특징 및 장점
디지털 트윈의 특징에는 다음과 같은 것들이 있습니다.
- 복원력(Resilience) : 디지털 트윈 기술은 새로운 아이디어와 변경사항을 가상 환경에서 테스트하여 위험, 시간 및 비용을 최소화할 수 있습니다. 디지털 트윈은 문제를 예측하고 비상사태를 예방하거나 문제 상황의 발생을 최소화하는데 필요한 조치를 고안하는데 많은 도움을 줍니다.
- 효율성(Efficiency) : 디지털 트윈은 운영 및 계획 관점에서 현재와 미래의 시스템을 최적화하는 데 도움이 됩니다. 디지털 트윈을 통해 확인한 결과들과 이를 통해 유추할 수 있는 다양한 관점들은 시스템에서 발생하는 다양한 프로세스에 미치는 영향을 고려하여 의사결정을 내릴 수 있도록 도와줍니다.
- 지속가능성(Sustainability) : 디지털 트윈을 통해 다양한 자원들에 대한 시뮬레이션을 할 수 있고, 이를 토대로 앞으로 어떤 환경 정책을 수립하고 자원을 관리해야 하는지에 대한 의사 결정을 할 수 있습니다.
디지털 트윈의 장점들에는 다음과 같은 것들이 있습니다.
- R&D 개선 : 디지털 트윈을 사용하면 가능한 성능 결과에 대한 풍부한 데이터를 생성함으로써 제품에 대해 보다 효과적인 연구와 설계를 수행하는 것이 가능합니다. 이러한 정보는 기업이 생산을 시작하기 전에 필요한 제품을 개선하는 데 도움이 되는 인사이트를 제공하기도 합니다. 또한 설비 운영 및 유지 보수에도 많은 도움이 됩니다.
- 효율성 향상 : 디지털 트윈은 신제품이 생산에 돌입한 후에도 전체 제조 공정에 걸쳐 최고의 효율성을 달성하고 이를 유지하기 위해 생산 시스템을 미러링하고 모니터링할 수 있습니다.
- 제품 수명 만료 : 디지털 트윈은 제조업체가 제품 수명 주기가 끝나고 재활용 또는 기타 조치를 통해 최종 처리를 해야하는 제품에 대해 무엇을 해야 할지 결정하는 데 도움을 줍니다. 디지털 트윈을 사용함으로써, 수확해야 하는 제품의 재료를 결정할 수 있습니다.
- 비용 절감 : 제품 개발을 위해 다양한 시도를 할때 디지털 트윈을 활용하면 현실에서보다 다양한 테스트를 쉽고 편리하게 수행할 수 있어 개발에 소요되는 비용들 줄일 수 있습니다. 또한 제품 검증 단계에서도 프로토타이핑(Prototyping)을 반드시 진행해야 하는데, 디지털 트윈을 통해 검증에서 필요한 비용을 줄일 수 있습니다.
디지털 트윈의 활용
- 제조업 : 디지털 트윈이 가장 많이 활용되고 있는 산업 분야입니다. 제품을 생산하는 환경을 디지털 트윈으로 만들고 관리하며, 이 환경 속에서 실시간 데이터를 계속 수집하고 반영합니다. 제조업의 대표적인 예시로는, 자동차 산업이 있습니다. 주로 자동차 생산 공정 및 차량 테스트에 디지털 트윈을 활용하고 있습니다. 디지털 트윈을 통해 차량의 안정성 및 내구성과 관련된 다양한 테스트를 진행하며, 자동차의 수명을 예측합니다. 이탈리아의 자동차 제조사인 마세라티에서는 지멘스(엔지니어링 기업)와 신차 생산 공정에 디지털 트윈을 접목해 제품 최적화와 생산 기간을 단축하고 있습니다. 현대 자동차 그룹도 2022년부터 현실의 '스마트 팩토리'를 디지털 세계에 그래도 옮긴 '메타팩토리(Meta-Factory)'를 구축하고 있습니다. 이 외에도, 디지털 트윈은 자율주행 기술 개발 등에서 활용되고 있습니다.
- 건설업 : 설계→시공→유지 보수로 구성되는 각 건설 공정 단계에 디지털 트윈 모델을 적용하면 효율적인 공정 설계와 현장 안정성 및 생산성 향상이 가능합니다. 일본 대형 건설사 중 하나인 가시마건설은 건설 현장 원격 모니터링을 위한 건설 현장 디지털 트윈인 '3D K-Field'를 개발하고 있습니다. 현장에 설치된 각종 IoT 센서가 획득한 사람, 사물, 자동차의 데이터를 가상공간에 표시함으로써 건설 현장의 상태를 실시간으로 시각화할 수 있다고 합니다.
- 토목 : 토목 분야에서는 드론으로 지형 데이터를 취득하고 3차원 데이터(디지털 트윈)를 구축하여 측량 프로세스의 효율성과 프로세스의 자동 생성을 달성하고 있습니다. 일본의 건설기계 및 광산기계 제조업체인 Komatsu에서는 디지털화 솔루션의 '스마트 구축'을 통해 드론에 의한 센싱(센서에 의한 측정)과 데이터의 포인트 그룹 처리를 진행하고 있으며, 디지털 트윈을 생성하여 진행 상황을 관리하는 서비스를 사용하고 있습니다.
- 의료 분야 : 의료분야에서의 디지털 트윈 활용 방식으로는 개인의 건강 데이터를 기반으로 디지털 공간에 가상 환자를 만들어 다양한 시도를 해보는 것입니다. 여러 치료 방식을 적용해 보고 효과 예측을 통해 최적화된 치료 방안을 결정할 수 있습니다. 신약 개발에서는 시뮬레이션을 통해 신약의 임상 기간은 줄이고 안정성은 높일 수 있습니다.
국내 디지털 트윈 현황
국내에서도 디지털 트윈에 대한 많은 관심을 가지고 있고, 여러 의미 있는 성과를 거두기도 했습니다. 국내 한국전자통신연구원(ETRI)의 연구진들이 디지털 트윈 기술을 다양한 산업/공공 분야에서 어떻게 활용할 수 있을지에 대해 담은 '디지털 트윈의 꿈'이라는 지침서를 발간하기도 했습니다. 또한 국제 표준화 기구인 ISO에 세계 최초로 디지털 트윈과 관련된 국제 표준을 제안, 개발하여 제정 및 발간까지 완료하며 디지털 트윈의 활용과 확산을 선도하고 있다고 할 수 있을 것 같습니다.
정부적인 차원에서도 다양한 디지털 트윈 활성화 전략을 추진하고 있습니다. 2021년 발간된 디지털트윈 관련 리포트에 따르면, 공통으로 활용이 가능한 기반을 마련하여 새로운 시장을 창출하고 산업 생태계를 조성할 것이라도 합니다. 또한 다양한 부처와 민간에게 데이터를 연계하고 상호운용성을 확보하는 방향으로 전략을 추진하고 있습니다.
디지털 트윈의 전망
산업적인 측면에서 디지털 트윈은 한동안 계속 성장을 멈추지 않을 것으로 예상되고 있습니다. 특히 항공우주 및 방위 부분에서 가장 많은 성장세를 보일 것으로 추정했습니다. 디지털 트윈을 통해 가상 환경을 제대로 구축하였을 때, 해당 환경에서 다양한 데이터를 수집할 수 있고 이를 활용할 수 있습니다. 특히 높은 가치의 자본 자산이나 복잡한 프로세스를 보유하거나, 값비싼 제품의 혁신에 초점을 맞춘 기업들이 디지털 트윈으로부터 가장 큰 혜택을 얻을 수 있습니다. 하지만 디지털 트윈이 산업 분야에 완전히 녹아들기 위해서는 최소 5~10년의 시간이 걸린다고 합니다. 디지털 트윈 구축에 필요한 데이터를 수집하고, 디지털로 전환하는 데에는 막대한 시간과 비용이 소요되기 때문입니다. 또한 디지털 트윈 속에 다양한 시스템과 정보를 통합하기 때문에 기본적인 사이버 보안 문제나 관련 전문 인력 부족, 미흡한 표준화 등의 위험 요소가 존재합니다.
하지만 우리나라는 선진국과 대비했을 때 디지털 트윈 기술력이 다소 뒤처지는 편입니다 이런 상황 속에서 빠르게 신기술을 개발하고, 국가에서도 디지털 트윈 관련 산업이 안정될 수 있게 다양한 투자를 해준다면 우리도 다양한 기술을 개발하고 이를 활용해 다양한 기업의 프로젝트 및 사회적인 문제의 좋은 해결책이 될 수 있을 것입니다.
오늘은 이렇게 디지털 트윈에 대해 알아봤습니다. 현실 속 세계를 넘어 가상 환경에서 다양한 세계를 구축할 수 있다는 게 정말 흥미로운 것 같습니다. 디지털 트윈이 산업뿐만 아니라 학생들의 교육에 활용되면 굉장히 좋을 것 같습니다. 고등학교 재학 중 화학 수업 시간에 원자의 구조에 대해 배울 때 담당 선생님이 3D 애니메이션으로 만들어진 교육 자료를 활용하셨던 게 생각납니다. 이런 시각적인 자료로 덕분에 관련 내용이 이해도 잘되고 기억에도 잘 남았었습니다. 이런 식으로 가상 환경을 통해서 과학과 관련된 다양한 실험들을 디지털 트윈 환경을 통해 경험할 수 있게 되면 좋을 것 같습니다. 긴 글 읽어주셔서 감사합니다 ( ⸝⸝•ᴗ•⸝⸝ )੭⁾⁾
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