10년후 ‘디지털 트윈‘ 이 우리에게 주는 혜택

[디지털비즈온 이호선 기자] 디지털 트윈(digital twin)은 컴퓨터에 현실 속 사물의 쌍둥이를 만들고, 현실에서 발생할 수 있는 상황을 컴퓨터로 시뮬레이션함으로써 결과를 미리 예측하는 기술이다.

디지털 트윈은 제조업뿐 아니라 공업 및 제조 설비 건설, 도시 개발 등 각종 현장에서 디지털 공간에 물리 공간을 재현함으로써 사전 시뮬레이션ㆍ분석ㆍ최적화를 실시, 그것을 물리 공간에서 피드백하는 시스템 전체를 가리킨다. 이러한 특징 때문에 ‘디지털 쌍둥이’를 뜻하는 이름이 붙었다.

디지털 트윈은 다양한 물리적 시스템의 구조, 맥락, 작동을 나타내는 데이터와 정보의 조합으로, 과거와 현재의 운용 상태를 이해하고 미래를 예측할 수 있는 인터페이스라고 할 수 있다.

‘디지털 트윈’이라는 말을 자주 듣게 되는데, 그것은 실제로 어떤 기술이며 어떻게 활용되고 있는지, 기업에 있어 얼마나 중요한 기술인지는 아직 보편화 되지 않았다. 그래서 여기에서는 ‘디지털 트윈이란 무엇인가’ ‘활용할 때 누리는 장점’ ‘각 산업에서의 활용 사례’를 알기 쉽게 소개한다.

◇디지털 트윈을 구성하는 기술군

‘디지털 트윈’이라는 특정한 IT 프로덕트가 있는 것이 아니다. 디지털트윈은 ‘제4차 산업혁명’의 본질로 기술의 집합체로 볼 수 있다.

우리는 현실 세계에 존재하는 모든 것이 디지털 방식으로 복제되는 시대에 살고 있다. 우리가 살고있는 도시, 자동차, 집, 심지어 갑자기 급부상한 과장된 메타버스도 새로운 기술 트렌드로 보면된다.

디지털 트윈은 물리적 세계의 정확한 복제품이지만 고유한 사명이 있고, 실제 버전을 개선하거나 다른 방식으로 피드백을 제공한다.

디지털 트윈을 구성하는 기술의 예로는 ▲제품설계·제품 데이터 관리 ▲제품 시뮬레이션·엔지니어링 ▲공장·제조 라인 시뮬레이션 ▲디지털 데이터를 물리 공간에 3D 정보로 피드백 제공 ▲물리 공간의 데이터를 디지털 공간으로 피드백 제공들을 찾아볼수 있다.

◇디지털 트윈이 적용된 해외 사례

인프라 점검에 있어서도 디지털 트윈이 활용되어, GE는 풍력 발전 인프라에 있어서 디지털 트윈을 활용함으로써, 시각적으로 풍차의 수명·열화 예측을 수행함과 동시에 풍향에 맞춰 발전량을 최대화 한다.

풍력 발전용 터빈은 설치 장소의 지형에 영향을 받기 때문에, 개체별로 부품의 소모 정도가 다르다.

제네럴 일렉트릭(GE)에서는 각각의 터빈 블레이드의 표면 상태를 촬영하고, 그 사진에 온도, 회전수를 조합하여 블레이드의 열화 정도를 분석하며, 고장 나기 전에 적절하게 대응함으로써 가동률을 높이고 있다.

싱가포르에서는 BIM(Building Information Modeling)을 바탕으로 전국의 토지를 통째로 3D 가상 트윈화(민간 기업 다쏘 시스템의 디지털 트윈)하여 실시간으로 도시 정보를 가시화하는 ‘버추얼 싱가포르(Virtual Singapore)’를 전개하고 있다.

이것은 국립 연구 재단(NRF), 싱가포르 수상 관저, 싱가포르 토지국(SLA), 싱가포르 정부 기술청(GovTech)의 프로젝트이며, 지형 정보·건물·교통·기관·수위·사람의 위치 등에 대한 실시간 데이터를 통합하여, 3D 모델로 만든 것이다.

미국 소프트웨어 회사인 엔비디아(Nvidia)는 가상 세계와 디지털 트윈을 생성하도록 설계된 옴니버스(Omniverse)라는 플랫폼을 운영한다.

가장 야심찬 프로젝트 중 하나는 지구의 디지털 도플갱어를 만들어 전체 표면의 고해상도 이미지를 캡처하는 것이다. ‘지구-2‘는 딥 러닝 모델과 신경망 의 조합을 사용 하여 디지털 영역의 물리적 환경을 모방하고 기후 변화에 대한 솔루션을 제시한다.

◇디지털 트윈, 진정한 가치는 의료분야

영국 bbc뉴스에 의하면, 프랑스 소프트웨어 기업 다쏘시스템(Dassault Systemes)의 살아있는 마음프로젝트는 테스트 및 분석할 수 있는 인간 심장의 정확한 가상 모델을 만들어 외과의가 다양한 절차와 의료 기기를 사용하여 장기에 대한 일련의 "만약" 시나리오를 실행할 수 있도록 하는 프로젝트를 소개했다.

이 프로젝트는 스티브 레바인 박사에 의해 설립되었고, 그의 딸은 선천성 심장병을 가지고 태어나 그녀가 심부전의 위험이 높은 20대 후반이었을 때 그는 가상 현실에서 그녀의 심장을 재현하기로 결정한 프로젝트다.

보스턴 어린이 병원은 현재 이 기술을 사용하여 실제 환자의 심장 상태를 매핑하고 있으며 런던의 그레이트 오몬드 스트리트 병원에서는 엔지니어 팀이 임상의와 협력하여 희귀하고 치료하기 어려운 심장 상태를 가진 어린이에게 도움이 될 수 있는 장치를 테스트하고 있다.

디지털 심장에 대한 실험은 과학적 연구에서 가장 논란의 여지가 있는 측면 중 하나인 동물 실험의 필요성을 줄이는 연쇄 효과도 있다고 전망했다.

이 회사는 이제 눈과 뇌를 포함하여 더 많은 디지털 장기 쌍둥이를 계획하고 있으며, "언젠가 우리 모두는 디지털 트윈을 갖게 되어 의사에게 갈 수 있게 되며 점점 더 예방 의학을 만들고 모든 치료가 개인화되도록 할 수 있습니다."라고 프로젝트 관계자는 말했다.

◇한국, 디지털트윈 시범사업은 교통·환경 분야

국토교통부는 제2차 디지털트윈 시범사업 공모결과, 서울 서초구, 청주시 등 7개 지자체를 사업 대상지로 최종 선정하였다.

이번에 시행하는 디지털트윈 시범사업은 교통, 환경 등 다양한 도시문제를 디지털트윈 기술을 활용하여 효과적으로 해결할 수 있는 혁신 아이디어를 발굴하고 시험해보기 위해 시행하는 사업을 시작한다.

시범사업은, 서울 서초구, 디지털 트윈국토 기반 교통영향평가 지원 모델 개발, 청주시 스마트 교통 분석시스템 구축사업, 충청남도, 디지털트윈 기반 문화재보존 지원시스템 구축, 울산광역시, 디지털 트윈기반 탄소중립 활용모델 구축, 강원 속초시, 디지털 환경으로 편리하고 안전한 미래관광도시 구현, 강원 춘천시, 효율적 내수면 관리를 위한 의암호 디지털 트윈 구축, 전남 영광군, 디지털트윈 3차원 시뮬레이션을 통한 실시간 재난대응체계 구축 등으로 실시한다.