디지털 트윈이란

“디지털트윈[digital twin]”

디지털트윈을 알아보기 전에 우선 디지털트윈의 기본적인 뜻은 현실 세계의 모든 데이터를 마치 ‘쌍둥이’처럼 가상 세계에 똑같이 재현한다는 의미입니다.
물리적인 자산과 공정, 사람, 위치, 시스템과 장치뿐만 아니라, 환경 정보, 생물의 습성까지 현실 세계의 정보 데이터를 디지털 공간에 재현하고, 시뮬레이션 함으로써 현실 세계에서의 문제점과 개선점을 알아내고 해결책을 찾을 수 있게 됩니다.
실제로 미국 딜로이트사의 조사에 따르면 디지털트윈 시장은 연평균 38% 성장하고 있으며, 2023년에는 160억 달러, 환화로 약 21조에 이를 것으로 예상하고 있습니다.

디지털트윈은 다양한 기술을 통해 실현됩니다. 3D 모델링을 위해서는 드론, 지리 정보시스템(GIS: Geographical Information System) 등이 활용되고, 빅데이터를 수집해 현실 세계를 가상세계에 적용하며, 5세대 이동통신(5G) 네트워크, 가상현실(VR), 증강현실(AR)과 같은 기술을 적용해 가상세계에서 현실세계로 다시 최적화합니다.

1. 사물인터넷 (IoT, Internet of Things)
디지털 트윈은 물리적 공간의 데이터로 구축되며, 이를 위해 필요한 기술이 IoT입니다.
IoT 기기(장치)는 데이터를 수집하고 전송하는 역할을 합니다.

2. CAE에 의한 시뮬레이션
디지털트윈에서는 CAE에 의한 시뮬레이션도 필요합니다. 원래 CAE(Computer Aided Engineering)란 가상적으로 *프로토타입이나 시험을 시행하는 기술입니다. 시제품을 만들지 않고도 시뮬레이션을 해보기 위해 사용합니다.
*프로토타입 : 무언가 제품을 만드는 과정에서 시험용으로 미리 만들어보는 물건을 의미

3. 인공지능(AI)
디지털트윈은 IoT 센서를 통해 물리적 공간 데이터를 검색한 후 클라우드와 같은 서버에 정보를 집계합니다. 그 후 축적된 데이터를 분석할 때, 사용되는 기술이 인공지능(AI)입니다. 기존에는 수집한 데이터를 사람이 분석하여 시간과 비용이 많이 드는 작업이었지만, 최근에는 인공지능(AI)에 의해 분석하는 사례가 증가하고 있습니다.

4. 5세대 이동통신 시스템(5G)
5G는 IoT 시대의 ICT 기반, 즉 디지털트윈의 기반이 될 것으로 기대되고 있습니다.
5G는 저지연으로 초고속·대용량, 다수 동시 접속이 가능하다는 혁신성을 가지는 기술입니다.

5. 가상·증강현실(AR·VR)
디지털트윈으로 분석하고 시뮬레이션한 결과는 AR 및 VR로 구현될 수 있습니다.
예를 들면 AR이나 VR에 의해, 삼림이나 호수 등의 자연환경 체험을 실현하거나, 체험형 교육이 가능합니다.

디지털트윈 기술은 기존 가상공간과 달리 실제 공간을 재현할 수 있어 실시간 적용이 가능하다는 점이 다릅니다.
시뮬레이션은 가설을 세워 시나리오를 검증하기 때문에 현실 세계와 연동성이 낮고, 시간 지연이 발생하지만, 실시간성이 뛰어난 디지털 트윈은 현실 세계의 변화를 바로 가상공간으로 반영하여, 즉시 예측을 세울 수 있으므로 지연성을 최소화할 수 있습니다.
그래서 디지털트윈은 운영비용 절감, 품질 향상 그리고 서비스의 지속적인 최적화 과정을 통해서 매출 증대를 기대할 수 있습니다.

뉴스레터를 꾸준히 구독해주시는 분들은 아시겠지만, 지난 93호(2023-01) 수주 소식에 저희 (주)신영이에스디가 「디지털트윈 기반 문화재보존 지원시스템 구축」 용역을 수주했다는 소식이 있었습니다.
이렇듯 디지털트윈은 다양한 분야에 고루 활용되어 쓰이고 있는데요. 활용 사례에 대해 알아보겠습니다.
* 수주소식 : https://www.syesd.co.kr/homepage/syStoryContent?sy_story_seq=587


1. 스마트 시티
도시 국가인 싱가포르에서는 인구 과밀로 인한 교통과 환경, 거주 등 미래의 도시 문제 해결을 위해 도시 전체를 그대로 복사해 가상현실로 구현한 ‘버추얼 싱가포르’ 프로젝트를 완성했습니다. 가상 공간상에 재현한 국토에 사회 인프라를 재현하고, 실시간 데이터를 수집하여, 개발 계획이나 정체 완화 등의 정책 설계를 최적화해 나가는 것이 목표로 하고 있습니다.

2. 제조 물류 분야
제조 분야에서는 최적의 공정 과정을 세팅하고 생산량을 늘리는데 디지털트윈 기술을 활용할 수 있습니다. 미국의 GE(제너럴 일렉트릭)은 의료에서 항공까지 폭넓은 분야에서 디지털트윈의 활용을 추진해 왔습니다. GE는 자사의 제품을 디지털트윈 기술로 똑같이 가상공간에 구현하고 제품의 설계부터 실제 조립 후의 작동을 가상공간에서 먼저 진행함으로써, 결함을 방지하고 비용을 절감할 뿐만 아니라 에너지 사용의 효율성까지 높였습니다.

미국의 전기 자동차(EV) 회사 테슬라는 제조하는 모든 신차에 디지털트윈을 탑재하고 있습니다. 차량에는 수많은 센서가 내장되어 기후 조건을 포함한 주변의 환경 데이터를 수집합니다. 자동차가 예상대로 작동하는지 AI가 분석하고 문제가 있는 경우는 무선 소프트웨어 업데이트로 수정할 수 있습니다. 또한, 원격으로 차량 진단을 할 수 있어 고객이 서비스 센서로 가기 위한 업무나 서비스 센터의 대응 비용을 최소화할 수 있었습니다.


3. 건설 분야
건설 분야에서는 컴퓨터상에 건물의 3D 모델을 작성해 설계, 시공부터 유지관리까지의 전 공정에서 활용하는 BIM(Building Information Modeling)이 디지털트윈 활용의 대표적인 사례입니다. 실제 건설기계의 가동 상황이나 현장의 풍향, 풍속 등의 기상 정보, 작업원의 인원수 및 배치의 정보 등을 수집하여, 사이버 공간에 건설 현장의 환경을 재현하고, 효율적인 설계와 현장의 안전 확보, 생산성 향상이 가능합니다.

<www.sparkcognition.com>

4. 의료
디지털 트윈은 새로운 의료 기기를 개발할 때도 도움이 됩니다. 새로운 디바이스를 만들고자 하는 경우 의료 기기가 어떻게 인체 조직과 상호 작용하는지 테스트할 수 있습니다. 한편 환자의 가상모델도 만들 수 있습니다. 환자 모델에는 해당 환자와 관련된 의료 데이터가 포함되어, 개인 진단, 치료 계획 및 수술 예행연습에도 사용할 수 있습니다.

5. 재난 예방·복구
기상 이변과 해수면 상승으로 인한 기후 변화는 특히 해안과 저지대 지역에서 홍수 위험을 악화시키고 있습니다. 이러한 위협에 대응하여 포르투갈 리스본은 수문 기상 데이터, 인간생활에 필요한 지리정보를 컴퓨터 데이터로 변환하여 효율적으로 활용하기 위한 정보시스템인 GIS(Geographic Information System), BIM 등과 같은 다양한 데이터 유형이 포함된 홍수 모델링 시나리오를 개발했습니다. 홍수 모델은 물이 어디로, 얼마나 깊이, 어떤 속도로 흐르고 있는지 미리 계산하여 재난 위험을 최소화하고, 예방책을 수립하는 데 도움을 주고 있습니다.
필리핀은 1년에 약 20번의 태풍이 몰아친다고 하는데요. 필리핀 Graffiquo사의 디지털트윈 플랫폼은 드론과 AI를 통해 파악한 주택, 농작물 및 가축의 피해 상황을 신속하고 정확하게 파악하여 정부가 적절하게 대응계획을 구축할 수 있도록 도와줍니다.

6. 축산업 분야
발했습니다. 24시간 돼지의 행동과 면역력을 분석해 가축 질병 조기 탐지부터 복합 환경·사양 관리를 통한 생산성 향상, 에너지 사용률 최적화, 공개 재순환 등을 종합적으로 제어하기도 합니다. 특히 디지털트윈 플랫폼(TRIPLET-P)은 축사의 시설·가축·환경·에너지 등의 실시간 정보를 활용해 디지털 공간에 가상의 축사를 구축·분석이 가능합니다. 축산업 분야에서도 디지털트윈 활용이 가능합니다. ETRI에서는 축산 질병을 예방하고 가축을 효과적으로 통제·관리할 수 있는 스마트 안전축사 플랫폼 ‘트리플렛’을 개



위와 같이 디지털 트윈 기술은 도시계획부터, 제조, 물류, 건설, 의료, 재난 예방, 축산업까지 다방면에서 활용되는 기술입니다.
여기에 최근에는 정부의 정책수립에도 디지털트윈이 활용되기도 하는데요. ETRI도 2022년 10월부터 세종자치특별시와 함께 공영자전거 ‘어울링’의 최적 배치를 위한 디지털트윈 실증 서비스를 착수하기도 했습니다.

<세종자치특별시>

디지털트윈의 기술과 활용 사례에서 알 수 있듯이 디지털트윈은 최첨단 기술과 방대한 데이터들이 집약된 세계입니다. 앞으로 닥칠 상황을 예측할 수 있으면 문제를 해결할 방안도, 모두가 만족할만한 최적의 의사결정도 가능합니다. 디지털트윈이 ‘문제 해결의 플랫폼’으로 불리는 이유도 바로 이것입니다.
현실의 데이터를 이용해 가상공간에서 활용하는 디지털트윈 기술! 앞으로의 활용을 더 기대해주세요.