June 16,2019

스마트시티서 디지털 트윈 급부상

디지털 트윈 적용시 효율·혁신성 기대

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작년 12월 국토교통부는 2019년도에 스마트시티 시범 도시 (세종 5-1 생활권과 부산 에코델타시티)를 대상으로 약 265억 원을 투입하기로 했다. 샌드박스 시범 사업, 데이터 센터, 창업 지원, 글로벌 기업 유치 등에 예산이 활용될 전망이다.

가장 눈에 띄는 사업은 ‘디지털 트윈’에 투입되는 예산이다. 국토교통부는 시업 도시 두 곳을 대상으로 총 50억 원을 투입한다. 각 25억 원을 투입하는 셈이다.

해당 규모는 전체 투입 금액에 약 25%에 해당하는 금액으로 ‘규제 샌드박스 시범사업 (56억)’ 다음으로 많은 금액이다.

이처럼 많은 투자는 눈에 띌 수밖에 없다. 더욱이 디지털 트윈이 스마트시티에 적용하는 것도 독특해 보인다. 디지털 트윈은 공장, 발전소 등 산업 분야에 주목받고 있는 기술이기 때문이다.

스마트시티와 디지털 트윈

원인을 파악하기 전에 스마트시티와 디지털 트윈에 대해 살펴볼 필요가 있다.

스마트시티는 4차 산업혁명으로 인해 등장한 도시로 정의할 수 있다. 산업혁명은 혁신적 기술에 의해서 발생해왔는데, 이러한 기술은 도시를 변화시켜왔다. 1차 산업혁명은 열에너지가 등장하면서 발생한 혁명이다. 당시 이러한 기술은 열차와 같은 증기기관을 등장하게 했는데, 이는 도시가 다리, 터널 등 교통 기반 시설을 갖추게 했다.

2차 산업혁명은 전기 에너지가 등장해서 발생한 혁명이다. 해당 기술은 컨베이어 벨트를 갖춘 공장들이 들어서게 했는데, 이로 인해 유럽의 여러 도시에 스모그 피해가 발생하기 시작했다.

3차 산업혁명은 인터넷으로 발생됐다. 이로 인해 도시 내에 인터넷이 설치된 ‘유시티 (U-City)’도 함께 등장하게 된다. 참고로 유시티는 ‘유비쿼터스 시티 (Ubiquitous City)’의 줄임말로, 이때 유비쿼터스는 도처에 존재하는 뜻을 가지고 있다.

4차 산업혁명의 핵심 가치 ‘초연결’과 ‘지능․자동화’ ⓒ Pixabay

4차 산업혁명의 핵심 가치 ‘초연결’과 ‘지능․자동화’ ⓒ Pixabay

이처럼 도시 모습은 산업혁명의 핵심 기술에 따라 변해왔다. 스마트시티 또한 4차 산업혁명의 핵심 기술에 의해서 변해왔다.

스마트시티는 4차 산업혁명의 주요 기술인 사물인터넷 (IoT)과 인공지능 (AI)에 의해서 촉발됐다고 할 수 있다. 그러므로 스마트시티는 이러한 기술에 의해서 초연결과 지능, 자동화라는 가치를 추구한다.

디지털 트윈은 현실의 상태를 가상에 똑같이 구현한 기술로 정의할 수 있다. 영어 ‘트윈 (Twin)’은 국내 언어로 쌍둥이로 해석할 수 있는데, 디지털 트윈을 그대로 풀이하면 ‘가상 세계의 쌍둥이’이다.

디지털 트윈은 2003년 미국 미시간 대학교에서 처음 언급됐고, 2010년 미국 항공우주국(NASA)에서 디지털 트윈이라는 용어를 많이 언급했다. 그러나 주목받기 시작한 것은 최근이다. 가트너는 2016년부터 올해까지 10대 유망기술로 꼽고 있다.

게임에서 시작한 도시의 디지털 트윈

디지털 트윈을 어렵게 생각할 수 있는데, 쉽게 설명하면 가상 시뮬레이션 기술이다. 게임과 같다고 보면 된다.

물론 게임은 디지털 트윈과 다르다. 게임은 사용자에게 즐거움을 주기 위한 용도의 가상 시뮬레이션이다. 반면 디지털 트윈은 현실을 그대로 본뜬 가상 시뮬레이션이다.

마인크래프트로 구현한 가상공간 ⓒ Max Pixel

마인크래프트로 구현한 가상공간 ⓒ Max Pixel

그러나 게임과 디지털 트윈은 ‘가상 시뮬레이션’이라는 공통점을 가지고 있다. 그러다 보니, 일부 회사에서는 게임이 디지털 트윈의 일부 기능을 수행하도록 만들기도 한다. 예를 들어, 마이크로소프트 (MS)는 ‘프로젝트 AIx’를 통해 마인크래프트라는 게임의 배경을 현실과 유사하게 구현했는데, 목적은 AI가 해당 공간에서 학습할 수 있도록 하기 위함이다.

이러한 측면에서 보면, 국토교통부가 추진하는 디지털 트윈 사업은 전혀 새롭지 않을 수 있다. 도시 공간을 배경으로 한 게임이 이미 있기 때문이다. 심시티는 시장이 되어서 도시를 운영하는 게임이다. 현실과 유사하게 도시를 운영해볼 수 있는 것이 특징이다.

이러한 이유로, 대학교에서 심시티를 활용한 강의가 개설되기도 했다. 도시 운영뿐만 아니라, 정치, 사회학 등 강의에서 심시티를 가지고 수업을 한 경우도 있다. 1995년 노스플로리다 대학교가 이러한 수업을 최초로 진행한 바 있다.

그리고 여러 논문에서 심시티 강의의 효율성을 입증하기도 했다. 2016년도에 미국 웨스필드 주립 대학은 심시티 게임을 대상으로 학생의 수업 성취도를 조사한 바 있는데, 성과가 매우 높은 것으로 결론을 내렸다.

디지털 트윈은 스마트시티의 중간 단계 이상에 해당

지금까지 스마트시티와 디지털 트윈을 살펴보았다. 특히 도시에 게임을 적용함에 따라 도시 운영에 관한 학습 효과가 큰 것을 알 수 있었다.

도시 운영을 체험할 수 있는 심시티  ⓒ Flickr

도시 운영을 체험할 수 있는 심시티 ⓒ Flickr

이에 따라 도시 혹은 스마트시티에 디지털 트윈을 접목하면, 효과가 매우 클 수 있다. 그럼 디지털 트윈은 스마트시티에 어떻게 적용될 수 있고, 어떤 효과를 불러올까?

디지털 트윈은 스마트시티 구축의 중간 단계 이상부터 적용될 수 있다. 스마트시티는 IoT와 AI가 적용된 도시이고, 디지털 트윈은 현실을 본뜬 가상공간이다. 그래서 디지털 트윈은 IoT와 AI가 도시에 구축돼야 구현할 수 있다. 이는 도시 분야에만 국한된 것이 아니라 디지털 트윈의 특성이다.

IoT는 센서 기술로 정의할 수 있다. 다시 말해, 현실 정보를 가상으로 바꿔주는 것이다. 정보만으로는 부족하다. 현실의 법칙을 가상에도 구현할 수 있어야 한다. 이때 필요한 기술이 AI이다.

이전에 필자도 도시 건물 대상으로 한 디지털 트윈을 구현하는 과제를 추진해 본 경험이 있는데, 당시 선행된 작업은 IoT를  도시 내부에 적용하는 것이었다. 그리고 유전자 알고리즘 (GA)이라는 기계학습을 적용해 디지털 트윈을 구현했었다.

효율성과 혁신을 가져와

스마트시티에 디지털 트윈을 적용한 사례는 이미 있다. 싱가포르는 스마트시티 사업 일환으로 ‘버추얼 싱가포르’ 과제를 진행했다. 해당 과제는 도시 전체에 디지털 트윈을 적용하는 것이다. 2018년에 과제가 종료됐고, 약 700억 원이 투입됐다.

 

싱가포르는 디지털 트윈을 적용함으로써 ‘효율’과 ‘혁신’이라는 효과를 기대하고 있다. 이는 다른 도시에 디지털 트윈을 적용해도 마찬가지이다.

디지털 트윈은 현실의 데이터를 가상에서도 실시간으로 그대로 보여준다. 현실과 유사한 형태로 보여주기 때문에 가시성이 높다. 이는 도시 운영의 효율을 높여준다. 아울러 디지털 트윈 자체에서 도시 문제점을 알려주는 기능이 있다면, 이러한 효과는 더욱더 증가한다.

혁신도 기대할 수 있다. 가상공간이기 때문에 도시를 대상으로 한 여러 실험을 물리적 제약 없이 쉽게 진행할 수 있기 때문이다.

 

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