전기전자/정보통신

NTT 기술저널_2020.7 특집 요약 (p6~11)

IOWN 구상 특집
디지털 트윈 컴퓨팅의 구상
나카무라 다카오(中村高雄) / NTT디지털트윈컴퓨팅연구센터

-- 디지털 트윈 x 사이버 공간 x 가상 사회 --
실제 세계와 사이버 공간을 연결하는 ‘디지털 트윈’이 IoT의 발전으로 실현되고 있다. 네트워크와 컴퓨팅 환경의 진화와 함께 모든 사물의 디지털화 및 현실 세계와의 융합이 점차 진전되어가는 미래상을 바탕으로 저자는 2019년 6월, ‘디지털 트윈 컴퓨팅 구상’을 발표했다. 이번 특집에서는 그 구상의 개요, 운용 범위, 아키텍처와 실현을 위해 추진해야 할 주요 과제에 대해 소개한다.
(IOWN: 아이온, Innovative Optical & Wireless Network)

■ 디지털 트윈이란?
현실 세계와 사이버 공간을 연결하는 ‘디지털 트윈’이 ICT의 발전으로 실현되어 주목 받고 있다. 디지털 트윈이란 예를 들어 공장에서의 생산기기, 항공기의 엔진, 자동차 등 현실 세계의 대상에 대해 형상과 상태, 기능 등을 사이버 공간에서 정확하게 구현한 것을 말한다. 디지털 트윈을 이용해 사이버 공간 내에서 대상물에 관한 현상 분석, 미래 예측, 가능성의 시뮬레이션 등을 시행할 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 사이버 공간에서의 처리 결과를 바탕으로 현실 세계의 대상을 스마트하게 제어하는 등, 고도의 ICT 효과를 현실 세계에 피드백 할 수 있게 된다.

향후, 현실 세계의 여러 가지 대상의 디지털화가 진전됨에 따라, 산업을 뛰어넘은 이종 또는 다양한 디지털 트윈의 결합, 상호작용을 통한 대규모 시뮬레이션 등에 대한 요구가 높아질 것으로 생각된다. 예를 들어, 생산기계 개체부터 생산 라인, 공장 전체, 더 나아가 유통 등을 포함한 공급망(서플라이 체인) 전체의 재현 및 건물, 도로, 자동차, 시민 등이 결합된 도시 전체의 재현 등이다. 하지만 현재의 디지털 트윈은 목적에 따라 작성∙이용되고 있기 때문에 이와 같은 자유로운 결합은 기술적으로 쉽지 않다. 또한 사람의 디지털 트윈의 경우, 지금까지는 생리학적인 계측 데이터 등을 통한 물질적 측면에서의 재현이 중심이 되고 있기 때문에 커뮤니케이션 등의 사회적 행동에 관련된 시뮬레이션은 어렵다고 할 수 있다.

■ 디지털 트윈 컴퓨팅이란?
우리 연구센터가 목표로 하는 ‘디지털 트윈 컴퓨팅(DTC)’은 지금까지의 디지털 트윈 개념을 크게 발전시킨 것으로, 다양한 디지털 트윈을 자유자재로 결합시켜 다양한 연산을 통해 현실 세계를 지금까지와는 비교할 수 없는 대규모∙고정밀도로 재현, 더 나아가 현실 세계의 물리적인 재현을 뛰어넘은 것이다. 사람의 내면도 포함한 상호작용을 사이버 공간 상에서 실현할 수 있게 하는 새로운 계산 패러다임이라고 할 수 있다.

DTC의 특징 중 하나는 다양한 디지털 트윈을 사이버 공간 상에 배치하고 그 상호작용을 통해 전체로서 구동하는 하나의 세계, 즉 가상 사회를 구축할 수 있다는 것이다. 다양한 디지털 트윈을 자유롭게 결합시켜 분석∙테스트∙예측 등을 가능하게 하기 위해 디지털 트윈 간의 복잡하고 대규모의 상호작용을 위한 공통 수단을 제공한다. 또한 있는 그대로의 현실을 디지털화하는 것뿐만 아니라 현실 세계와는 다른 환경 조건 및 존재하지 않는 대상을 배치한 가상 사회를 구성함으로써, 예를 들어 미래 도시 디자인 등 존재하지 않는 세계에서의 테스트 등이 가능하다.

DTC의 또 하나의 특징인 디지털 트윈 연산은 디지털 트윈을 다수 복제해 다양한 테스트 등에 활용. 서로 다른 디지털 트윈 간 구성 요소 일부를 교환∙융합시켜 실존하지 않는 성질을 가진 디지털 트윈(파생 디지털 트윈)을 생성하는 등 복제나 가공과 같은 디지털이 가진 이점을 활용하기 위한 조작이기도 하다. 파생 디지털 트윈을 조합해 가상 사회를 구축함으로써 현실 세계의 기능 및 상호작용을 확장하는 것이 가능해진다.

또 하나의 커다란 특징으로, 사람의 내면 재현에 도전하는 것을 들 수 있다. 예를 들어 개개인의 사고 및 판단을 사이버 공간 상에서 재현 및 표현함으로써 사람의 행동, 커뮤니케이션 등 사회적 측면에서 통계적으로 단순히 합쳐진 개성이 없는 개체 간 상호작용이 아닌, 개성에 입각한 다양성을 바탕으로 하는 상호작용이 가능하게 될 것이다. 이에 대해서는 이번 특집 기사 ‘인간 DTC의 도전과 향후 전망’에서 자세히 설명하겠다.

DTC에서는 현실 세계에서의 제약을 뛰어넘어 다양한 사물이나 사람 간 고도의 상호작용이 이뤄지는 다양한 가상 사회가 구축되고 더 나아가 가상 사회와의 융합을 통해 현실 세계의 확장∙초월이 가능해진다. 사람의 활동 범위가 가상 사회까지 확대됨에 따라 인간의 가능성이 확대되거나 또는 대규모 시뮬레이션 및 미래 예측에 의한 복잡한 사회 과제 해결을 위한 사회 디자인과 의사 결정 지원 등, 지금까지 실현되지 못했던 혁신적 서비스 창출에 도전하고 있다.

■ 적용 영역과 유스케이스
DTC에서는 사람 1명을 대상으로 하는 것과 같이 미시적(Micro)이며 보다 정밀한 레벨부터 수 명의 집단, 도시, 국가, 그리고 지구 규모와 같은 거시적(Macro)이며 보다 광범위한 레벨까지 디지털트윈의 규모∙정밀도를 다양한 스케일로 선택할 수 있다. 이를 통해,

→ 고도의 판단 프로세스 및 숙련된 스킬의 디지털화와 실제 사람 및 사물로의 피드백을 통해 인재 육성 비용 절감과 노동력 부족에 대응한다.
→ 복수의 인생을 동시에 걸어온 ‘여러 명의 미래의 자신’과 각각 대화를 함으로써 실제 인생에서 선택을 면밀한 뒷받침을 통해 실행한다.
→ 디지털화된 각 분야의 전문가가 고속으로 논의해 재해∙사고∙범죄 등 사태에 맞는 대응책을 신속하게 도출한다.
→ 공간과 시간의 4D 정보를 활용해 사람∙교통 흐름을 제어하고 기상, 스케줄까지 결합된 혼잡 및 교통 체증 해소와 CO₂가 최소화된 사회를 실현한다.
→ 도시에서의 중장기적인 사회 활동의 시행∙예측과 더불어 미래에서 생활하는 사람의 의견을 시뮬레이션 해 그것을 설계에 피드백 함으로써 미래에 적합한 도시 만들기를 실현한다.
→ 지구 전체의 지형, 기후 변동 등을 디지털화해 대규모 자연 재해 예측∙대책을 추진, 지속 가능한 국가 및 도시 구축을 실현한다.
이와 같은 폭 넓은 범위에서 다양한 유스케이스를 고려할 수 있다.

■ 아키텍처와 실현을 위한 주요 과제
DTC는 현실 세계의 사물 및 사람의 센싱을 통한 디지털 트윈의 생성, 디지털 트윈 연산을 통한 파생 디지털 트윈 생성과 이를 결합시킨 가상 사회 구축, 그리고 실제 세계로의 피드백이 가능하다. DTC 아키텍처는 다음과 같은 단계로 구성되는 것으로 상정한다.

①실제 공간: 현실 세계에 현존하는 사물과 사람, 그리고 이를 포함한 현실 공간이다.
②사이버∙피지컬 인터랙션 단계: 실제 공간의 사물 및 사람의 센싱을 통해 디지털 트윈을 생성하는데 필요한 데이터를 수집하는 기능과 가상 사회에서의 시행 및 예측 결과를 실제 공간에 피드백 하는 기능을 제공한다.
③디지털 트윈 단계: 수집된 데이터와 모델의 축적 및 이를 이용한 디지털 트윈의 생성∙축적이 가능하다.
④디지털 월드 프레젠테이션 단계: 디지털 트윈 단계에 격납된 디지털 트윈에 대한 연산(복제∙융합∙교환)을 통해 파생 디지털 트윈을 조합, 가상 사회를 구축한다.
⑤어플리케이션 단계: 디지털 월드 프레젠테이션 단계를 활용한 어플리케이션 설치가 가능해져 실행한다.

이러한 아키텍처에 따라 앞에서 언급한 유스케이스를 포함한 DTC 실현을 위해 추진해야 할 주요 과제들을 다음과 같이 소개한다.

(1) 디지털트윈의 구조∙표현과 공통화
디지털 트윈 단계에서는 DTC가 목표로 하는 디지털 트윈의 상호작용의 패러다임으로서 디지털 트윈의 구조 정의와 표현 방식, 인터페이스의 공통화가 필요하다. 또한 사람의 디지털 트윈에서는 사람의 내면이나 개성을 재현하는 것을 포함한 구성 요소의 정의 및 센싱 데이터를 통한 데이터화 및 재현 기술의 확립이 필요하다.

(2) 사물∙사람의 디지털 트윈을 이용한 대규모∙고정밀도의 미래 예측
디지털 월드 프레젠테이션 단계에서는 다양한 디지털 트윈의 결합이 이루어지는 가상 사회 모델의 정의, 배치된 디지털 트윈의 시공간 공유와 상호작용, 각 디지털 트윈의 자율 동작을 통한 가상 사회 구동 메커니즘이 필요하다. 또한 사람 개개인의 사고와 판단 재현을 바탕으로 대화∙합의 등의 커뮤니케이션이나 집단 행동 등의 사회적 시뮬레이션 방법 확립이 필요하다. 이러한 것들을 베이스로 사회규범과 가치관, 윤리관 등 외부 폴리시에 유연하게 대응해 적절한 계산 결과를 이끌어내는 것이 가능한 고정밀도의 시뮬레이션∙예측∙판단∙최적화 알고리즘의 확립이 필요하다. 이번 특집 기사 ‘새로운 사회를 개척하는 사물의 디지털 트윈 컴퓨팅’에서는 이러한 움직임에 대해 소개한다.

(3) 현실 세계의 센싱∙캡처, 디지털 트윈과 현실 세계와의 인터랙션
사이버 피지컬 인터랙션 단계에서는 건물∙도로와 실내 구조 등 공간 및 정적 대상과 더불어, 주행하는 자동차 등 동적 대상의 고정밀도의 센싱∙캡처가 필요하다. 또한 사람의 디지털 트윈이 이용자의 내면과 개성까지 재현하기 위해서는 웨어러블 디바이스∙카메라∙마이크 등을 통한 계측 데이터와 인터넷 상에서의 행동 데이터 등을 통합한 고도의 휴먼센싱 기술이 필요하다. 더 나아가 사이버 공간 상에서의 경험을 현실 세계의 사람에게 피드백 하거나 디지털 트윈을 통한 가상 사회에서의 활동과 사이버 공간의 힘을 빌려 현실 세계에서의 능력 확장을 가능하게 하기 위해 고도의 HMI(Human Machine Interface) 디바이스 등을 이용한 피드백 방식도 필요하다. 자세한 것은 이번 특집 기사 ‘현실 세계와 사이버 세계를 연동시키는 사이버 피지컬 인터랙션에 관한 방법’에서 소개한다.

현실 세계와 사이버 공간의 융합이 추진되는 DTC 세계에서는 CPS(Cyber Physical System) 시큐리티도 지금 이상으로 요구되고 있다.

(4) DTC의 사회성 연구
DTC의 발전으로, 예를 들어 사생활 보호 관점과 디지털 범죄 등의 리스크, 미래 예측과 자유 의지 및 책임에 관한 윤리적 관점, 경계 없는 디지털 사회에서의 가치관 변용 등, 발생되는 다양한 사회적 임팩트 및 과제에 관한 분석과 과제에 대한 기술적∙비기술적인 대응이 요구되고 있다. 또한 DTC의 사회 수용을 위해 사람과 디지털과의 새로운 관계성에 대한 인문∙사회적인 연구도 요구될 것이다. 이에 대해서는 이번 특집 기사 ‘디지털 트윈 컴퓨팅의 사회적 과제’에서 상세하게 설명한다.

■ 마무리
앞에서 언급한 바와 같이 DTC 구상 실현을 위한 과제는 매우 광범위한 영역에 펼쳐져 있다. NTT연구소에서는 폭 넓은 학술∙기술 분야의 전문가 및 산업계의 파트너와의 협업을 통해 과제 해결 및 사회 도입을 추진해 DTC 구상의 실현을 목표로 하고 있다. DTC 구상에 관한 보다 상세한 설명은 ‘디지털 트윈 컴퓨팅 백서’에 나와있다.

 -- 끝 --