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글로벌 칼럼 | 디지털 트윈이 메타버스보다 2배는 중요한 이유

Mike Elgan | Computerworld 2023.03.03
페이스북은 약 1년 반 전에 “메타버스”에 사운을 걸었다. 사명을 메타(Meta)로 바꾸고, 소셜 미디어 이후에 다가올 세계를 주도하기 위해 이 무모한 시도에 막대한 자금을 쏟아붓기 시작했다. 하지만 현재 메타는 메타버스에 대한 투자와 흥분이 전반적으로 가라앉는 “메타버스 겨울”로 들어서는 중이다. 메타 스스로도 메타버스와 소셜 비즈니스 전반에서 수천 명의 직원을 해고했다. 
 
ⓒ Getty Images Bank

메타버스는 일련의 기술이 아니라 미래의 인간 문화에 대한 비전이며, 기업과 대중이 기술을 사용해 무엇을 할지, 특히 가상 공간에서 지내며 일하고 즐기는 것에 관한 개념이다. 

애플은 20년 전부터 자체적인 명칭으로 “확장 현실(Extended Reality)” 하드웨어를 개발하고 있으며, 올 하반기 고글형 디바이스를 출시할 것으로 전망된다. 이 안경은 가상 현실(VR)을 지원하지만 애플은 증강 현실(AR)에 방점을 둘 것이다. 현재 애플은 기업 PC 시장의 4분의 1, 기업 스마트폰 시장의 절반, 그리고 기업 태블릿 시장의 대부분을 점유하고 있다. ‘애플이 기업 시장에서의 지배력을 확대하는 데 확장 현실 플랫폼을 어떻게 활용할 것인가?’라는 질문에는 생각 외로 큰 의미가 있다. 

애플은 향후 5년 동안 비즈니스 커뮤니케이션(생체공학 회의실)과 기타 사무용 애플리케이션, 산업 디자인, 그리고 다가오는 “디지털 트윈” 혁명을 목표로 움직일 가능성이 높다. VR이나 AR이 존재하기 위해서는 3D 가상 공간과 가상 사물을 디자인해서 구축해야 하며, AR의 경우 실제 3D 환경의 디지털화된 스캔에 가상 객체도 배치해야 한다. 

가상 공간을 탐색하고 실제 세계에서 가상 객체를 띄우고 설계하고 만들고 스캔하기 위한 이 같은 모든 기술의 최첨단 버전은 “메타버스”만이 아니라 “디지털 트윈” 플랫폼에서도 구현될 것이다. 
 

실패해서는 안되는 프로젝트를 위한 디지털 트윈 

1970년 4월 11일, 3명의 우주비행사가 탄 아폴로 13 우주선이 분당 640km의 속도로 달을 향하는 중이었다. NASA의 세 번째 달 착륙 시도였다. 갑자기 아폴로 13에서 “펑!”하는 소리가 나면서 작은 폭발이 일어났고, 그로 인해 우주선의 측면이 파손되면서 동력이 차단되고 승무원의 산소 공급장치가 떨어져 나갔다. 기내로 더 이상 새 산소가 보충되지 않는 상황에서 우주비행사들은 달 착륙선(LM)으로 재빨리 이동했다. 달 착륙선은 모선이 달 궤도에 머무는 사이 실제 달에 착륙하도록 설계된 분리형 우주선이다. 

착륙은 취소됐다. 이제 임무의 목표는 단 하나, 온갖 악조건에도 불구하고 어떻게든 우주비행사들이 살아서 지구로 복귀하도록 하는 것이었다. 이를 위해 승무원들은 우주선의 여러 부분을 수정하고 개조해서 본래의 용도와는 다른 여러가지 작업을 수행하도록 해야 했다. 결국 이들은 살아서 돌아왔는데, 그 뒤에는 NASA가 당시 세계에서 유일하게 보유했던 “디지털 트윈” 시스템이 있었다. 

“디지털 트윈”은 기존 물리적 객체, 시스템 또는 인프라의 가상 복제본이다. NASA의 경우 훈련과 임무 매개변수 테스트에 사용된 15개의 시뮬레이터 형태로 이 복제본을 구현했다. NASA 엔지니어들은 이 시뮬레이터의 컴퓨터 시뮬레이션 기능을 사용해서 무엇이 잘못됐는지 파악하고 가능성 있는 여러 해결책을 테스트하고, 그중 최선의 방법을 선택해서 아폴로 승무원들에게 전달했다. 

이 개념은 매우 성공적이어서 NASA는 시뮬레이터와는 별개로 우주선의 “디지털 트윈”을 만들기 시작했다. NASA는 2010년 “디지털 트윈”이라는 용어를 처음 사용했다. 

“디지털 트윈”은 고정된 모델이 아니라 물리적 시스템의 디지털 또는 가상 모델로서 개인화, 개별화되고 동적으로 진화한다. 수리, 업그레이드, 손상, 노후화 등 물리적 시스템에서 일어나는 모든 일이 디지털 트윈에서도 그대로 일어난다는 측면에서 동적이다. 

기업에서는 교량, 건물, 풍력발전소, 항공기 및 공장에서 통합, 테스트, 모니터링, 시뮬레이션, 예측 정비 등에 이미 “디지털 트윈”을 사용하고 있다. 그러나 “디지털 트윈” 영역에서 아직 극히 초기에 불과하다.
 

디지털 트윈의 올바른 이해 

디지털 트윈 시스템은 물리적 시스템, 물리적 시스템의 가상 디지털 복사본, 이 둘을 연결하는 통신 채널의 세 요소로 구성된다. 여기서 통신은 물리적 시스템의 센서 데이터를 중계하는 형태가 많아지고 있다. 

디지털 트윈은 세 가지 주요 기술 범주에서 만들어진다. 메타버스 기술, IoT, AI를 각각 원으로 해서 이 3개의 원으로 벤 다이어그램을 그리면 중앙에 겹치는 부분이 “디지털 트윈” 기술이다. 디지털 트윈과 모델 또는 시뮬레이션과의 차이는 디지털 트윈이 훨씬 더 복잡하고 광범위하며 물리적 트윈에서 오는 데이터를 사용해 변화한다는 점이다. 

현존하는 많은 디지털 트윈 구현은 모두 초창기 구현이다. 복잡한 시스템의 세밀한 디지털 트윈은 아직 불가능하다. 우리가 “메타버스”를 이끌 것이라고 믿는 더 나은 AI, 더 나은 센서, 더 나은 툴이 디지털 트윈에도 필요하다. 

몇 년 뒤에 디지털 트윈이 어떤 방식으로 엔터프라이즈 디지털 트랜스포메이션의 초석 역할을 하게 될지 상상해 보자. 

2027년, 한 배달 드론 회사가 디지털 트윈에 전면적으로 투자해 전 세계 주요 도시에서 운용 중인 1만 5,000대 드론 각각의 디지털 트윈을 만든다. 개별 드론의 모든 실제 부품이 1대1로 디지털 가상 드론에 매핑된다. 물리적 드론의 곳곳에 내장된 수십 개의 센서가 온도, 습도, 진동, 날개 응력, 구동부의 운영 효율성 등을 측정한다. 드론 자체의 상태(고도, 속도, 방향, 외부 습도 등의 많은 측정치)에 따라 디지털 드론도 실시간으로 업데이트된다. 모든 데이터는 디지털 드론으로 전달되어 가상 드론의 작동 및 가상 상태에 영향을 미친다. 

갑자기 드론 한 대가 추락한다. 이유가 무엇일까? 

재택 업무 중인 엔지니어들이 VR 고글을 쓰고 추락한 드론의 디지털 트윈을 고해상도 3D 공유 가상 환경으로 불러온다. 이들은 추락을 재연하면서 모든 부품의 3D 복사본과 함께 센서 기반의 컨텍스트 데이터가 표시되는(기본적으로 VR 내의 AR) 드론의 내부를 살펴본다. 곧 엔지니어들은 방향타 컨트롤러가 과열로 인해 작동하지 않았음을 파악한다. 

일반적인 항공 시나리오에서는 1만 5,000개의 컨트롤러를 모두 교체하려면 막대한 비용이 들고 새 컨트롤러 역시 오작동하지 않을 것이란 보장도 없다. 그러나 디지털 트윈 시나리오에서는 더 나은 방법이 있다. 
 

문제 상황을 구원하는 디지털 트윈 

엔지니어들은 AI와 함께 이 컨트롤러가 고장이 난 이유는 그늘진 곳에서도 지면 온도가 섭씨 46도까지 오르고 직사광선 하에서는 더 높아지는 미국 애리조나주 피닉스의 기후에 있다고 판단했다. 발열, 냉각의 반복과 장기간의 열로 인해 컨트롤러의 화학 접착제가 열화된 것이다. 

회사는 드론 공장의 디지털 트윈도 운영 중이다. 전체 시스템의 세부적인 가상 복제본이 물리적 공장의 모든 부분에 위치한 수많은 센서에 의해 실시간으로 업데이트된다. 따라서 고장 난 특정 센서의 이력을 추적할 수 있다. AI는 문제의 센서가 여름에 제조됐으며, 조립 중 도달한 온도가 상위 5%에 해당했음을 알린다. 손상을 유발한 열 스트레스가 공장부터 시작된 것으로 보인다. 

AI는 체스 컴퓨터와 같이 57개의 가능한 “수”, 즉 해결책을 고려하고 가장 안전하면서 비용 효율적인 방법으로 ▲미래의 모든 컨트롤러 부품은 겨울에 제조해서 조립 시까지 저장하고 ▲해당 부품의 접착제를 내열성이 더 강한 접착제로 바꾸고 ▲고온 기후에서 운용되는 다른 47개의 드론에서 문제의 컨트롤러를 예방적으로 교체할 것을 권고한다. 

이 예시에서는 디지털 트윈 시스템을 사용함으로써 비용을 절감하고 사고를 예방하고 환경에 기여하고(모든 컨트롤러 부품을 교체할 필요가 없으므로), 공장이나 드론의 심각한 운영 중단 없이 운영과 제조에 긍정적인 변화를 이끌었다. 

이처럼 디지털 트윈은 민첩성과 비용 효율성, 시간 효율성, 안전을 위한 첨단 기술을 사용하는, 디지털 트랜스포메이션 혁명의 첨병이다. 

이제 우리가 항상 이야기하는 기술의 혜택을 조정해야 할 시점이다. IoT는 임무 수행에 필수적인 기술이 됐다. AI는 엔지니어와 협력해서 모든 프로세스를 실시간으로 최적화한다. AR과 VR은 디지털 트윈에 물리적 짝 못지않은 생생한 생명력을 불어넣는다. 

가상 공간은 메타버스 판타지 세계를 만드는 것만이 전부가 아니다. 실제 세계를 개선하는 데 사용할 때 더욱 빛을 발할 것이다. 
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