디지털 트윈이란 현실 세계의 실물을 디지털화한 쌍둥이 가상의 객체를 만들고, 현실세계의 사물을 흉내어 활용하는 기술입니다. 이는 2002년에 최초로 소개되어 제조 분야에서 부분적으로 활용되다가 최근 다양한 산업 분야에서 활용되고 있습니다.
디지털 트윈
개념
디지털 트윈의 구조는 아래 그림과 같이 현실 공간을 모델링하여 동일한 도시, 공장, 사회시설을 가상의 환경에 구현한 기술입니다.
이를 위해 대규모의 현실공간 데이터를 실시간 취득, 분석하는 동시에 이를 가상에서 3D로 시뮬레이션하는 등의 기술이 필수적입니다.
배경
디지털 트윈 개념은 앞서 설명해 드린 것처럼 2002년에 소개되어 제조업에서 활용되어 왔지만, 최근에 와서 더욱 주목받는 이유는 다음과 같습니다.
(1) 기반 기술의 축적
현실과 쌍둥이 객체를 만들어 활용할 수 있는 3D 모델링 기술, 증강현실 및 가상현실 기술이 발달하였습니다. 최근 인체를 그대로 모사한 3D 영상기술은 실제로 오해할 정도로 정밀도가 높아졌습니다.
(2) 언택트 시대: 수요 증가
밖에 나가지 않고 집에서 한달살기가 가능할 정도로 모든것이 비대면으로 해결가능한 시대가 되었습니다. 이런 트렌드에 따라 메타버스나 각종 온라인 서비스에 보다 익숙해지고 있습니다.
디지털 트윈 필수기술
앞서 디지털 트윈의 구현 및 활용을 위해 어떤 기술들이 필요한지 정리해보겠습니다.
데이터 수집기술: IoT 센서
스마트팩토리 설계나 가상 매장 시뮬레이션을 위해 운영 데이터의 수집이 필수적입니다. 이를 통해 대용량 데이터를 수집, 활용하여 최적의 시뮬레이션이 가능하기 때문입니다.
가령, IoT 장치는 센서 등으로 구성되며 소형화, 저전력화 및 고속무선통신 기술을 융합하여 데이터 수집 장치로 활용될 수 있습니다.
- RFID 기술
- 저전력 블루통신, WIFI 기술
- 5G 이동통신
빅데이터 기술
앞서 IoT 센서 등에서 쏟아져 나오는 데이터의 양은 수 테라바이트에서(TB) 페타바이트에(PB) 이를 정도로 대량의 데이터입니다. 이런 데이터를 실시간으로 처리하기 위한 다음의 분석, 처리기술이 필요합니다.
- 분산데이터베이스: 하둡, 스파크
- 비정형 데이터처리 기술: NoSQL 등
3D 모델링 기술: GPU, 병렬처리
빅데이터의 대용량 정보를 실시간으로 처리하기 위해서는 빠른 속도의 반복 연산이 필요합니다. 이에 가장 최적화된 기술의 하나는 GPU 연산입니다.
대표적으로 NVIDIA에서 최근 Earth-2(E-2)라는 가상의 디지털 트윈을 생성하여, 기후를 모델링하는 기술을 소개하였습니다. 이런 고속의 GPU 병렬처리 기술은 인공지능 학습이나 데이터 분석에 필수적입니다.
- NVIDIA Omniverse : 3D 실시간 시뮬레이션을 통한 디자인 협업 솔루션
데이터 처리기술: 예측 최적화
데이터 분석을 기반으로 다양한 시뮬레이션이나 자동화에 인공지능 기술이 활용되고 있습니다. 가령, 사회 기반 시설의 수요 및 문제점을 예측하기 위해 다음과 같은 데이터 처리 기술이 활용됩니다.
- 머신러닝, 딥러닝 분석 기술
- 가상화 시뮬레이션 기술 (AR, VR, MR)
디지털 트윈 활용사례
디지털 트윈기술이 어떤 분야에서 활용될 수 있을지 알아보겠습니다.
1. 제조업
주로 생산공정을 시뮬레이션하여 생산성을 높이는 용도로 활용됩니다. 또한 다품종 소량생산 중심의 스마트 팩토리의 경우 실시간 데이터 분석을 통해 최적은 운영조건을 판단할 수 있습니다. 구체적인 제조업 활용 사례는 다음과 같습니다.
- 제품의 설계, 검토 시뮬레이션
- 생산라인 최적화 (유지보수)
- 현장 작업자 교육 가상화
- 안전사고 방지를 위한 시뮬레이션
2. 유통, 판매 분석
판매점의 데이터를 기반으로 새로운 디지털 트윈 매장을 만들어, 신규매장의 관리나 배치 등을 최적화하는데 활용합니다.
- 물류현황 분석 (컨테이너 운영, 차량상태 등)
- 실시간 물류이동 분석
- 신규 물류시설 구축 전 시뮬레이션 최적화 등
3. 사회 기반 시설
정부에서 국가 단위의 기반 시설을 건설하기 전에 3D, 4D로 각종 건물, 지형 및 수도/가스와 같은 유틸리티 시설의 사용량, 건설을 시뮬레이션하여 최적의 설계를 진행할 수 있습니다.
- 디지털 발전소
- 에너지 소비 추정 및 최적화 시뮬레이션\
- 신도시 개발 (교통, 재해대처, 에너지 예측)
4. 의료분야
실제 인체의 특정 부분을 3D로 복제하여 표현하는 기술로 활용됩니다. 가령 태아의 심장을 Digital Twin 기술로 복제하여 비정상 심장박동의 분석이나, 수술 시뮬레이션을 하는데 활용할 수 있습니다.