[공학저널 김하늬 기자] 디지털트윈(Digital Twin)은 다양한 산업 분야에 걸쳐 적용되고 있는 핵심 기술이다.

디지털트윈은 ‘현실 세계’에 존재하는 물리적인 사물, 실제 시스템을 ‘가상 세계’에 구현해 다양한 시뮬레이션을 통해 문제를 해결하고 최적의 방안을 제시하는 방식이다.

실제 자산의 특성(상태, 정보, 동작 등)에 대한 정확한 정보를 획득해 다양한 시나리오 생성이 가능하기 때문에 이러한 방식을 제조·생산, 건설, 에너지, 항공, 헬스케어, 자동차, 국방 등 여러 산업 분야에 이용하면 자산 최적화, 돌발사고 최소화, 생산성 증가 등 설계부터 제조, 서비스에 이르는 모든 과정의 효율성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있어 점차 적용 범위를 확장하는 추세다.

특히 실제 시스템(Physics Twin)과 가상의 디지털트윈이 맞물려 돌아가는 디지털트윈은 가장 이상적인 모델로 손꼽힌다.

이는 실제 세계와 가상 세계 간의 ‘상호작용’을 의미한다. 실제 세계가 복제된 가상 세계에 영향을 주고, 반대로 가상 세계의 변화가 실제 세계에도 영향을 준다. 한마디로 두 세계의 동기화(sync)가 키워드다.

국내 디지털트윈 분야 석학인 한국과학기술원(KAIST) 전기및전자공학부 김탁곤 명예교수(사진)는 두 세계의 융합형태인 디지털트윈이 제공할 수 있는 단순한 정보 서비스(What?에 대한 답)를 넘어 지식 서비스(How?에 대한 답)와 지혜 서비스(Why?에 대한 답)를 제공할 수 있어야 한다고 주장한다.

육하원칙의 ‘왜’에 해당하는 ‘지혜의 단계’를 시뮬레이션을 통해 구현하는 방식이 디지털트윈의 목표이자 이상적인 방향이라는 것이다.

김 교수는 “디지털트윈의 핵심은 실제 체계와 연동해 생명주기(Life Cycle) 동안 진화/학습을 거치며 일관성과 동질성을 확보하는 것”이라며 “디지털트윈의 존재 가치는 이를 바탕으로 분석·예측, 최적화, 진단, 예지정비 등의 스마트(지혜)서비스를 제공할 수 있어야 한다”고 설명했다.

최근 많은 산업에서 디지털트윈을 구축하려는 목적은 실제 시스템과 디지털트윈을 연동 운용해 관련 이해 당사자에게 지혜 수준의 서비스를 제공하고, 효율과 생산성을 높이려는데 있다.

하지만 겉핥기식 디지털트윈 적용은 단지 눈에 보이는 시뮬레이션에 불과하다는 지적도 있다. ‘왜’ 디지털트윈을 적용해야 하는지에 대한 목적성 없이 무작정 디지털트윈을 도입·적용하는 것은 최선·최적의 결과를 얻기 힘들다는 것이 김 교수의 의견이다.

그는 “데이터 기반 서비스 관점에서 디지털트윈의 역할은 실제 데이터와 디지털트윈 시뮬레이션으로 얻어진 가상 데이터의 융합을 통해 이뤄진다”고 말했다.

디지털트윈을 통해 발생된 융합 빅데이터는 사람과 자산, 운용 프로세스들의 다양한 결합에 대한 분석·예측과 운용의 최적 대안(최적화)을 찾는데 활용 할 수 있다.

또한 융합 빅데이터는 실제 세계를 가상 환경에서 현실감 있게 표출할 수 있는 다양한 장비·장치와 VR/AR/XR 관련 ICT 기술의 융합을 통해 오락, 관광, 교육 훈련, 장비·자산 수명 진단 등에도 활용이 가능하다.

특히 김 교수는 “디지털트윈은 서비스 목적에 따라 실 체계의 운용 데이터, 공간/형상정보, 기능/행위모델의 세 가지 구성요소 중 한 가지 구성요소만으로도 결과를 얻을 수 있지만 세 가지 모두를 포함시켜야 진정한 의미의 목적 달성이 가능하다”고 강조했다.

디지털트윈 구성 시 세 가지 구성요소 중 일부만을 사용한 디지털트윈은 나머지 구성요소를 사용하지 못한 한계점에 봉착할 수 있다는 것이 그의 설명이다.

예를 들면 국토·건설 분야 디지털 트윈에서 실 체계 운용 데이터 복제만으로 구성된 IoT 기반 디지털트윈은 수집된 데이터를 분석할 수는 있지만 실 체계를 시각화한 지형·공간상에 실 체계 데이터를 표출 할 수 없다.

또한 실 체계와는 다른 가상 데이터를 입력한 시뮬레이션을 수행 할 수도 없다. 마찬가지로 지형·공간 정보만으로 구성된 디지털트윈은 실 체계에서 일어나는 지형·공간 정보의 변화를 실시간으로 반영할 수 없으며 시뮬레이션을 통한 실 체계의 현상 분석과 미래 예측도 불가능하다.

이러한 한계점을 극복하기 위해 김 교수는 디지털트윈을 개발하고 개발된 디지털트윈을 효율적으로 운용할 수 있도록 세 가지 구성요소를 각각 개발하고 이들을 연동 운용할 수 있는 환경이 필요하다고 전한다.

김 교수는 “디지털트윈 개발 목적에 맞게 운용 데이터를 수집하는 플랫폼, 정보를 구축하는 플랫폼과 모델링 시뮬레이션 플랫폼을 이용해 각 구성요소를 개발하면, 이후 개발된 세 가지 구성요소를 실행하는 플랫폼들을 연동 운용하는 PoP(Platform of Platforms) 구조를 사용할 수 있다”며 “PoP 구조는 디지털트윈의 목적에 부합되는 모든 디지털트윈을 개발·운용할 수 있는 플랫폼으로 신뢰성과 경제성 면에서 효율적인 구조”라고 전했다.

그는 이어 “디지털트윈의 개념적 수준 이해에 머무는 현재 단계에서는 디지털트윈 기술 개발과 활성화를 위한 지속적인 노력과 함께 정책적 뒷받침 또한 필요하다”며 “디지털트윈의 올바른 이해와 적용을 통해 더 나은 사회를 만들기 위한 기폭제로 작용했으면 한다”고 덧붙였다.