[이민화의 혁신경제 훈수두기] `디지털 트윈`으로 문제를 푼다

이민화 창조경제연구회 이사장
디지털 트윈(digital twin)은 현실의 물리세계(physical)와 1:1 대응되는 가상의 디지털 세계를 만들어 현실의 문제를 해결하는 포괄적 개념을 의미하고 있다. 현실과 가상의 융합이라는 4차 산업혁명의 필자의 정의에 비추어 볼 때 디지털 트윈은 4차 산업혁명의 중심 개념이라고 볼 수 있다. 그러나 막상 디지털 트윈과 CPS(cyber physical system)에 대한 정의는 혼란 속에 있다. 무엇이 디지털 트윈인가 라는 질문에 답은 너무나 혼란스럽고, 어떻게 디지털 트윈을 구축할 것인가 하는 질문에도 체계적인 프로세스가 뚜렷하지 않다.

우선 왜 디지털 트윈인가를 살펴보자. 디지털 트윈은 현실의 한계를 극복하기 위한 수단으로 데이터로 구현된 가상세계에서 예측과 맞춤의 가치를 창출하여 현실을 스마트하게 만들고자 하는 개념으로 이해할 수 있다. 그 응용 사례는 스마트시티와 스마트 공장, 스마트 오피스 등 4차 산업혁명의 모든 분야에 걸쳐 등장하고 있다. 인간의 개인화된 욕망을 충족시키는 지능화 혁명으로 4차 산업혁명은 필연적으로 예측과 맞춤의 가치창출을 요구하게 된다. 데이터와 모델링은 바로 빅 데이터와 인공지능의 역할이다. 데이터로 구성된 세계가 있어야 현실의 예측이 가능해진다. 따라서 지능화하는 4차 산업혁명에서 가상화된 데이터 세계의 등장은 필연적이다. 이 세상에 예측이란 지능을 제공하기 위하여 디지털 트윈이 필요한 것이다. 디지털 트윈은 예측과 맞춤이라는 지능을 사회 전 분야로 확산하기 위한 유일한 대안이라는 것이 '왜'(why)에 대한 답일 것이다.

4차 산업혁명은 현실과 가상의 융합을 통해서 사회 각 부문을 지능화 한다. 그런데 지능의 본질은 예측이다. 예측할 필요가 없는 식물에는 지능이 없다. 단 식물도 뿌리의 뻗는 방향을 예측해야 하기 때문에 뿌리의 생장점에는 작은 뇌가 있기는 하다. 동물은 예측의 필요성에 의하여 두뇌가 발달했다. 공간(이동)을 예측하기 위한 소뇌가 등장하고 시간(정보)을 예측하기 위한 대뇌가 등장한다. 이어서 인간(사회)을 예측하기 위한 사회적 뇌인 전두엽이 영장류에 등장하게 된다. 즉 뇌는 시간, 공간, 인간의 예측 목적으로 진화한 것이다. 예측은 모델링이다. 이동을 위한 공간 예측 모델을 구축하면 최소의 정보로 최대의 효과를 얻을 수 있어 생존 경쟁에서 우위를 점할 수 있게 된다. 모델링의 재료는 데이터다. 즉 과거 데이터를 통하여 최적 모델을 구축하고 이를 통하여 최소의 신규 데이터로 행동을 예측하는 것이 동물들의 소뇌의 역할이다.

다음으로 어떻게 현실과 가상의 디지털 트윈이 융합하는가 라는 질문에 답을 하기 위해, 현실과 가상이라는 디지털 트윈을 동기화하고 시각화하는 피드백 시스템으로 CPS를 살펴보자. 역사적으로 많은 CPS에 대한 정의가 제시되어 왔다. 예를 들어 2008년 에드워드 리(Edward Lee)는 '물리 프로세스와 컴퓨팅의 결합체'로 정의하고 있다. 이와 유사한 다양한 정의가 지속적으로 제시되어 온 결과, 미국에서는 CPS를 학제간 연구의 대상으로 파악하고 있을 정도다. 디지털 트윈이라는 현실과 가상의 두 세계는 각각 부분과 전체를 대변하고 있다. 현실이 데이터화로 가상화되는 과정은 융합이고 반대로 가상 세계가 현실화되는 과정은 발산이다. 현실은 에지(edge)로서 스마트 폰과 IoT가 구현한다면 가상은 클라우드로서 빅 데이터와 인공지능의 영역이다. 현실은 시공간의 한계가 있다면 가상은 한계가 없다. 문제는 데이터의 가상 세계는 인간의 이해력에 한계가 있다. 현실과 대응되는 모습으로 가상 세계를 시각화하고 동기화할 필요성이 등장한다.

인간의 뇌는 현실을 오감으로 데이터화하여 대뇌피질에 빅 데이터를 만드는 정보화와 이를 전전두엽이 모델링하는 지능화와 육체가 행동하는 스마트화라는 4단계로 구성된다. 6개의 디지털트랜스폼 기술이 데이터화와 정보화를 통하여 빅 데이터를 구축하면 인공지능이 지능화를 하고 다시 6개의 아날로그 트랜스폼 기술이 스마트화하는 과정을 스마트 트랜스폼 모델로 제안한 바 있다. 바로 CPS의 구체적 모델은 단일 기술이 아니라 인공지능과 12기술의 세트인 것이다.

지금까지 디지털 트윈과 CPS의 개념은 많은 혼란을 불러 일으키고 있어 필자는 다음과 같이 정리하고자 한다. 필자는 CPS를 '현실과 가상을 동기화하고 시각화하는 피드백 시스템'으로 정의한다. 그리고 O2O융합의 대상이 되는 '현실과 1:1 대응되는 가상의 쌍'을 디지털 트윈으로 정의한다. 즉 O2O융합은 현실과 가상 전체의 융합을, 디지털 트윈은 융합의 대상인 두 세계로 정의하고 이 두 세계를 연결하는 시스템을 CPS로 정의하고자 한다.