실생활의 가상 복제품을 통해 사람들은 장소 및 물건, 시스템을 시뮬레이션 해보고 어떠한 리스크나 방해 없이 실험해 볼 수 있습니다.

여러분이 새로운 설계를 도전해 보려는 풍력 터빈 엔지니어라고 가정해 봅시다. 먼 거리에 있는 실제 현장에 직접하는 것보다 가상 세계에서 미리 시험해보는 게 낫지 않을까요? 또는 멀리 떨어진 여러 곳의 공장 책임자로서 공장 각각의 운영 상황을 비교해 봐야 한다면 어떨까요? 자리를 비우지 않고도 모든 공장을 둘러볼 수 있다면 훨씬 더 효율적이지 않을까요?

디지털 트윈은 여러분이 실제 환경에서 실행해 보기 전 변경이나 개선의 잠재적 영향을 알아볼 수 있도록 테스트 베드 또는 가상의 시각적 이미지를 제공합니다. 디지털 트윈이 왜 그토록 흥미로운 기술인지 이제 아시겠죠? 

5G, 센서, 확장 현실 기기 등의 기술 융합이 보편화되면서 이 기술은 최근에서야 광범위하게 활용되기 시작했습니다. 그러나, 이미 1960년대에 NASA는 통제된 환경에서 장비를 테스트하고 마침내 1970년 아폴로 13호의 발사를 지원하기 위해 우주 임무를 위한 복제 시스템을 도입했었습니다. 1992년이 돼서야 David Gelernter가 그의 저서 “Mirror Worlds” (미국 Oxford University Press 발간)를 통해 컴퓨터 시스템이 상호 연결되어 있고, 연결된 컴퓨터들이 만든 이미지가 실제 세계를 제어하기 위해 상호작용할 수 있는 미래를 설명함으로써 무엇이 가능할 수 있는지에 대한 더 폭넓은 관점이 비로서 정리되었습니다.

디지털 트윈의 실질적인 개념은 2002년 제품 수명 주기 관리에 대한 연구 중 해당 용어를 소개한 Michael Grieves 박사에 의해 정립되었습니다. 이후, 디지털 트윈을 현실화하기 위한 단계를 거치며 항구나 공장 등과 같은 복잡한 시스템이 구축된 장소에서의 시각화와 자동화가 이미 가능해졌고, 2026년까지 잠재적인 글로벌 시장 가치가 480억 USD에 달할 정도로 디지털 트윈은 가장 유망한 기술 트렌드가 될 것으로 예측됩니다. (출처: MarketsandMarkets)

모델링과 시뮬레이션

디지털 트윈의 정의는 무엇일까요? 인터넷 검색을 해보았다면 다양한 정의를 접하셨을 것입니다. 예를 들어, 디지털 트윈은 현실 세계에 존재하지 않는 기능으로 강화된 자산과 프로세스의 소프트웨어 기반으로 대표하는 것으로 정의될 수도 있고 또는 더욱 짧게 줄여서 현실 세계를 예측하거나 상호작용하는데 쓰이는 무엇인가의 가상 복제품이나 그와 연관된 프로세스로 정의될 수도 있습니다.

쉽게 말해 여러분의 거실이 가상 복제된 공간에 있다고 생각해 봅시다. 여러분이 아는 그대로의 모습과 똑같으나, 디지털 형식으로 존재하는 공간이죠. 가족 누군가가 집에서 TV를 켜면, 가상 방에서도 거의 실시간으로 전원이 켜집니다. 다시 말해, 다른 두 종류의 세계에서 동일한 행동이 전송될 수 있는 것입니다. 현실 세계에서의 이벤트를 바탕으로 지속적으로 적응하고 학습하는 가상 세계의 여러 물리적 요소를 복제할 수 있는 능력을 갖춘 것이 디지털 트윈의 근간입니다.

디지털 트윈을 시뮬레이션과 구별하는 것도 중요합니다. 유사한 공통점이 많은 게 사실이나 몇 가지 중요한 차이점도 있기 때문이죠.

시뮬레이션은 설계자의 상상력을 통해 만들어지며, 대부분 오프라인에서 여러 시나리오의 인과 관계 분석을 위해 사용됩니다. 대부분의 경우 시뮬레이션은 일회성 작업의 단편적인 일부로 이후 설계나 분석 연구를 뒷받침하는 데 사용됩니다. 반면에 디지털 트윈은 현실 세계와 가상 세계간 정보의 적시 동기화에 의해 구동되며 따라서 다른 한쪽 세계에서의 변화와 함께 적응해갑니다. 시뮬레이션은 주로 이론적인 반면 디지털 트윈은 구체적이고 실제적입니다.

마찬가지로 디지털 트윈은 메타버스와 몇 가지 유사점을 보입니다. 즉, 사람들이 가상으로 상호 작용할 수 있는 디지털 공간입니다. 그러나 다시 한 번, 메타버스는 처음부터 개발자에 의해 구축되며 일반적으로 가상 영역(예: 미래의 풍경 또는 동화 같은 성)을 나타내는 반면, 디지털 트윈은 현실 세계의 복제본을 생성하기 위해 데이터에 의해 좌우됩니다. (예: 가상 및 물리적 공간 사이에서 지속적인 데이터를 주고받으며). 디지털 트윈은 두 세계의 동기화를 유지하기 위해 정기적으로 업데이트되는 현실 세계의 반영으로 생각할 수 있지만 메타버스에 표시된 세계는 현실 세계와 전혀 또는 부분적으로 유사하지 않을 수 있습니다.

디지털 트윈의 네 가지 주요 특징

1. 관심 대상인 실제 객체의 관찰 및 상태, 관계를 보여주기 위한 데이터 모델 및 데이터 구조.
2. 디지털 트윈을 생성하기 위해 실제 객체의 데이터 전송. 일반적으로 정확하고 최신의 뷰를 트윈에 가능케 하기 위한 이 같은 작업이 지속적으로 수행됨.
3. 디지털 트윈의 기능과 인사이트를 담아낼 데이터 분석 도구. 이는 하나 이상의 센서에서 미래의 행동을 예측하고, 다른 시나리오와 다른 분석 작업을 시뮬레이션하는 데 사용되는 복잡한 알고리즘 간의 간단한 데이터 검색일 수 있다.
4. 여러 API 또는 GUI, 기타 사람과의 인터페이스를 통해 트윈과 상호작용하는 기술. 그러한 기술을 통해 얻어진 인사이트는 직접적으로 또는 디지털 트윈을 통한 실행으로 현실에서 더 나은 결정을 내리는데 사용될 수 있다.

이러한 기능을 통해 온도 센서 또는 유량 감지기와 같은 주요 시스템의 가장 간단한 요소부터 계속 진화할 수 있는 광범위한 적용 사례와 다양한 유형의 디지털 트윈이 있습니다. 여러 수많은 요소가 결합됨에 따라 디지털 트윈의 요소들 간에 또는 각 요소만 떼놓고 봤을 땐 접할 수 없는 새로운 정보와 어떻게 상호작용하는지를 보여주는 방식으로 지속적으로 진화해 갈 것입니다. 예를 들어, 특정 장소에 대한 완전한 가상의 표현이 구현되어 있는 경우, 디지털 트윈은 생산성 및 품질, 안전성을 향상시키는 방법을 보여줄 수 있습니다.

어떤 경우에도 디지털 트윈은 장소에 관계없이 접속할 수 있으며 다른 사람들과 협업할 수 있습니다. 서로 다른 디지털 트윈 간의 무한한 커넥티비티로 시스템끼리 학습이 가능해지고, 예를 들어 다른 장소에서 또는 유사한 산업군으로부터 다양한 인사이트를 제공할 수 있게 됩니다.

산업 내 디지털 트윈

현재 진행 중에 있는 디지털 전환에서 모바일 커넥티비티의 잠재력을 최대한 실현하려는 관심이 높아짐에 따라 최근 진행 중인 Ericsson의 연구 활동 대부분이 시작되었습니다. 디지털 트윈이 이러한 전환에서 중요한 역할을 한다는 데 상당한 공감대가 형성되어 있습니다. 텍사스에 있는 Ericsson 공장의 경우, 자체 디지털 혁신 프로그램의 일환으로 실시한 표면 실장 조립품(SMA, Surface Mount Assembly) 라인의 디지털 트윈을 통해 불시에 발생한 가동 중지 시간은 50% 감소하고 폐기물은 30% 감소했습니다.

Ericsson은 이탈리아 Livorno 항구와의 협력을 통해 어떻게 기술적 혁신이 운영을 최적화하고 어떠한 경제적, 사회적, 재정적 이익이 실현될 수 있는지를 파악하기 위해 디지털 트윈을 활용했습니다. 이를 위해 카메라와 GPS, 객체에 부착된 기타 여러 센서를 통해 항구 내 상황을 지속적으로 모니터링했습니다. 이 같은 활동 결과로 실제 상황에 적용된 변화는 실로 상당한 영향을 미쳤습니다.

• 선박 운행 완료 시간은 13%, 지게차 사용량은 17% 줄어, 탄소 배출량이 8% 이상 감축
• 중형급 항만 터미널의 경우 연간 약 6천 만 USD의 비용을 절감할 수 있을 것으로 예상
• 항구 연구를 통해 향상된 커넥티비티의 직접적인 결과로 환경 지속 가능성 및 인력 안전과 관련된 13가지 직간접적인 이점 입증
• 전체 작업장에 대한 자산 및 작업 수행 동향을 모니터링할 수 있어 예측, 사전 예방, 원격 유지관리 가능

자동차 제조 분야에서 디지털 트윈은 전 세계 다른 지역에 위치한 설계, 엔지니어링 및 제조 팀 간의 협력을 강화하여 개발 속도를 가속화하는 데 사용되어 왔습니다.

BT, Ericsson, NVIDIA 및 Hyperbat(차량 배터리 제조업체)으로 구성된 컨소시엄의 경우 공장 바닥에 3D 실물 크기의 장치 복제본을 시각화하여, 공유, 가상 및 제어된 공간에서 작업을 수행할 수 있습니다. 이를 통해 Hyperbat은 제조 공정에 효율성을 제공하는 동시에 여러 팀이 서로 다른 제품 및 프로젝트 관리 시스템을 사용함으로써 발생하는 복잡성을 제거할 수 있었습니다.

최첨단 헤드셋 제조업체인 Varjo의 설립자이자 CTO인 Urho Konttori는 그의 팀이 상당한 혜택을 보았다고 말했습니다.

다양한 산업 부문에서 확인된 이점

점점 더 많은 기기와 애플리케이션이 연결되고, 더 많은 산업과 기업에서 디지털 트윈을 사용함에 따라 시스템 연결의 가능성은 무궁무진해지고 있습니다.

이와 동시에 AI 알고리즘과 디지털 트윈을 통합하는 집단 잠재력은 모든 종류의 애플리케이션 또는 서비스에 대한 새로운 기술과 솔루션을 제공함으로써 업계에서 점점 더 중요해질 것입니다. 그러나 이를 달성하기 위해서는 데이터 전송의 양과 빈도로 인해 네트워크에 대한 요구사항이 더욱 까다로워질 것입니다.

어떤 경우 가져올 데이터가 충분하지 않을 때 디지털 트윈이 추가 지능을 얻고 훈련할 수 있는 능력이 있는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 경우 AI 알고리즘을 사용하여 디지털 트윈의 의사 결정을 계속하고 센서 또는 네트워크의 위치와 관련된 제한 사항을 보완할 수 있습니다.

현재로서는 디지털 트윈이 제공할 수 있는 잠재력에 대한 인식을 높이기 위해 해야 할 일이 있습니다. Ericsson의 최근 Industry Lab 보고서에 따르면 디지털 트윈을 도입한 기업들은 즉시 기술의 혜택을 발견할 수 있었지만 디지털 트윈이 제공할 수 있는 이점에 대한 인식도 조사에서 제조 분야가 가장 낮았습니다.

Ericsson의 역할: 산업과 사회에 필수적인 디지털 트윈

머지않아 디지털 트윈은 어떤 식으로든 우리 삶의 대부분의 영역에 영향을 미칠 것입니다. 따라서 Ericsson은 특화된 솔루션을 만들고 디지털 트윈이 진화된 네트워크 아키텍처의 일부가 될 수 있게 여러 분야와의 협력을 끊임없이 연구하고 있습니다.

Ericsson은 또한 업계 협업에서 적극적인 역할을 맡고 있으며 디지털 트윈 기술의 어휘, 아키텍처, 보안 및 상호 운용성에서 일관된 표준을 주도하는 데 기여하고 있습니다. 특히 다음 다섯 개의 영역에 중점을 두고 있습니다.

마치며

향후 몇 년 동안 디지털 트윈의 진화는 가상-현실 연속체를 향해 두 개의 다른 현실에서 가능한 것을 통합하여 한 세계에서의 행동이 다른 세계에 영향을 미칠 수 있도록 할 것입니다. 두 세계가 끊임없이 모니터링하고, 서로에게서 배우고, 적응하면서 그 기회는 실로 무궁무진할 것입니다.

어떻게든 여러분과 여러분이 일하는 장소, 심지어 여러분 주변 세상까지도 어떠한 형태의 디지털 트윈으로 인한 영향을 받게 될 것입니다.