현실을 디지털에 담다…스마트시티 핵심 '디지털 트윈'

(그래픽=문승용 기자)

[이데일리 김정훈 기자]

[이데일리 한광범 기자] ‘디지털 트윈(Digital Twin)’은 용어에서 유추할 수 있듯이 3차원 스캔을 통해 디지털 세계에 현실 세계를 똑같이 구현하는 기술입니다. 현실 세계에 존재하는 공간, 사물, 시스템 등의 물리적 객체를 디지털 세계에 정확하게 반영하도록 설계된 일종의 가상 모델이라 할 수 있습니다. ‘디지털 복제’라고 불리기도 합니다.

디지털 트윈에 적용되는 기술은 1960년대 미국 항공우주국(NASA)이 개척한 것으로 전해집니다. 우주선과 완전히 똑같은 모형의 지상 버전이 복제돼 연구와 시뮬레이션 목적으로 사용된 것입니다. 디지털 트윈 용어 자체는 1991년 컴퓨터 과학자인 데이비드 지런터(David Gelernter)가 자신의 저서에서 처음 사용했는데, 실제 기술 개념은 2002년이 되어서야 소개되었습니다. 마이클 그리브스(Michael Grieves) 박사가 제품의 생애주기 관리(PLM)의 이상적 모델로 설명하며 미러링(Mirroring) 등의 현재 디지털 트윈의 구체적 개념이 세상에 알려진 것입니다.

5G·AI 발전 등으로 ‘디지털 트윈’ 활용도 무궁무진

하지만 이 당시에도 기술은 구상에 그쳤습니다. 디지털 트윈을 구현해내기엔 실제 기술력이 부족했기 때문입니다. 본격적으로 세상에 알려진 것은 2010년 나사(NASA) 소속 존 바이커스(John Vickers) 박사가 실제 기술을 디지털 트윈으로 명명한 이후인 것으로 알려져있습니다. 기술이 고도화되면서 디지털 트윈은 구상에 그치지 않고 다양한 분야에서 구현되기 시작했습니다.

디지털 트윈이 최근 더욱 주목을 받게 된 것은 5G, 인공지능(AI), 증강현실(AR) 등 관련 기술의 비약적 발전으로 그 활용도가 더욱 무궁무진해졌기 때문입니다. 디지털 트윈의 과정인 현실 세계와 디지털 세계 간 데이터의 ‘생성→전송→취합→분석→이해→실행’ 등의 절차는 더욱 빨라졌습니다.

현실이 아닌 가상 공간에서의 모델을 이용해 문제점을 파악하기 수월해지고, 새로운 구현 작업이 필요할 때 미리 가상 공간에서 실험적으로 이를 구현할 수 있다는 장점 때문에 활용 범위가 늘어나고 있습니다. 가상 모델로 진행한 시뮬레이션을 통해 먼저 개선 사항을 파악하고 이를 통해 기존의 물리적 객체에 재적용해 보다 간편하고 비용 절감이 되는 방식으로 문제를 해결할 수 있는 것입니다.

네이버 디지털 트윈 기술을 통해 구축한 서울시 3D 모델. (네이버 제공)

예를 들어 디지털 트윈이 제공하는 실시간 정보와 인사이트를 활용해 물리적 객체에서 발생한 문제를 처리하면 가동 중지 시간을 최소화할 수 있습니다. 또 디지털 트윈에 구축된 스마트 센서가 진행한 모니터링을 통해 문제점이나 결함 발생, 혹은 그 징후가 있을 경우 빠른 조치가 가능합니다.

또 가상공간이라는 디지털 트윈의 특성상 원격 제어가 가능해 위험한 현장에서의 인명피해 등을 막을 수 있습니다. 제품이나 시설이 만들어지기 전 디지털 복제본을 만든 후 다양한 시나리오 테스트를 통해 미리 문제점을 파악할 수 있다는 점도 장점입니다.

에너지·의료·항공기 ·물류 등서 이미 성과

디지털 트윈 분야가 처음 각광 받은 것은 제조업이었습니다. 디지털 트윈 프로토타입을 통해 더 정확한 성능 데이터 분석이 가능합니다. 풍력발전기, 태양열, 해양 플랜트 등과 같은 에너지 산업에서도 이미 다양하게 사용되고 있습니다. 아울러 의료 현장에서 이용되기도 합니다. 병원 시설은 물론 인체를 디지털 트윈으로 구축해 다양한 시뮬레이션을 할 수 있는 것입니다.

최근 몇 년 사이엔 제조업 등 사물을 넘어 빌딩이나 도시 전체 등에서 디지털 트윈이 더욱 주목을 받고 있습니다. 관련 기술 발전으로 사물에 비해 그 범위가 방대한 공간에 대한 디지털화로 확대된 덕분입니다. 산업을 육성함으로써 자연재해나 사회 재난 등 다양한 국가·사회 난제 해결에 도움이 될 수 있다는 것이 확인되고 있습니다.

한국수자원공사가 구축한 ‘디지틀 트윈 물관리 플랫폼’. (자료=한국수자원공사)

세부적으로 보면 도시나 건물 등의 공간을 디지털 트윈 기술로 구현해 이를 다양하게 활용하는 것인데요. 공간 분야 디지털 트윈이 더욱 주목받는 것은 자율주행, 로봇을 비롯해 스마트 빌딩, 스마트 시티, 증강현실(AR) 등 다양한 혁신 기술의 기반이 되기 때문입니다. 디지털 트윈 기술의 효용성이 더욱 더 무궁무진할 수 있다는 평가가 나오는 이유입니다.

스마트 시티를 미래 핵심 산업으로 보고 지속적 투자를 확대하고 있는 우리 정부도 핵심기술 중 하나가 디지털 트윈이라고 보고 관련 분야에 예산을 지속적으로 편성하고 있습니다. 정부는 올해 7월 주요 부처가 모두 참여하는 ‘디지털 트윈 코리아 전략’을 발표했습니다. 이 전략의 핵심은 국내에서 다양한 분야에서 디지털 트윈 산업을 활성화시켜 국내 기업들의 경쟁력을 높이고, 이를 통해 글로벌 시장을 선도하겠다는 구상입니다.

정부의 이 같은 의지에 따라 국내에선 이미 다양한 공공기관에서 디지털 트윈 기술을 활용한 서비스를 어렵지 않게 볼 수 있습니다. 대표적으로 한국수자원공사는 디지털 트윈 기반의 물관리 플랫폼을 구축했습니다. 디지털 트윈 기술을 통해 홍수범람 재현 결과와 홍수 위험지역 정보를 고해상도 3차원 지형정보에 표출해 물관리 의사결정을 지원하고 있습니다.

[이데일리 김일환 기자]

정부가 올해 7월 발표한 ‘디지털 트윈 코리아 전략’ 개요. (그래픽=과학기술정보통신부)