기계/조선

계측과 제어_Vol.62 2023.1 특집 요약 (4~8)

리얼 스케일의 사회 솔루션
디지털 사회 실험의 실현에 도전

1. 머리말

SF 작가인 아서 클라크의 명작 ‘2001 스페이스 오디세이’의 속편인 ‘3001 최후의 오디세이’에서 등장 인물은 '지금은 컴퓨터 덕택에 정치 문제는 사이버 스페이스에서 실험하고 나서 실행으로 옮기고 있다”고 말한다. 이것은 마치 디지털 사회 실험을 실제 사회에 접목시키려는 시도처럼 보인다.

본고(本稿)의 필자 중 한 명인 데라노(寺野) 씨는 2001년의 인공지능학회지(人工知能学会誌)의 머릿말에서 이 말을 인용하며, 3001년이 아닌 '2050년까지는 이와 같은 상황을 실현시키고 싶다'라는 희망을 밝혔다. 당시엔 이와 같은 시스템을 실현하기 위한 방법으로는 막연하게 대규모 에이전트 기반 시뮬레이션밖에 없다고 생각되었던 기억이 있다.

이 막연한 생각은 계측자동제어학회를 중심으로 한 연구회 안에서 서서히 사회문제에 관한 새로운 시스템화 기술로서 구체화되어 갔다. 특히 최근 수 년 간, 모의 개인정보 및 휴대폰 위치정보 데이터 등, 사회 시뮬레이션에 활용할 수 있는 데이터가 확대되면서 대규모 시뮬레이션 구현도 가능해지는 등, 사회 시뮬레이션 기술은 다양한 측면에서 리얼 스케일의 시뮬레이션을 뒷받침하는 수준까지 발전하고 있다.

더 나아가 전국 지자체의 요청으로, 사회 시뮬레이션의 툴 키트를 제공하는 벤더가 중심이 되어 피난 시뮬레이션 등의 사례도 늘어나고 있다. 이제야 드디어 사회 시뮬레이션의 유용성과 의의, 그리고 그 한계를 탐구할 수 있는 조건이 정비된 것이다.

이번 특집에서는 필자 등으로 구성된 그룹이 JST의 미래사회창조사업에서 '사회 정책 입안을 위한 멀티 스케일의 ABSS 방법'으로써 추진하고 있는 연구 프로젝트를 기반으로 리얼 스케일의 사회 시뮬레이션 기술과 그 응용을 개관(槪觀)하고, 앞으로의 사회 구현을 위한 과제를 논한다.

여기서 말하는 리얼 스케일이란 구성원의 규모, 실제 데이터와 비교한 정밀도, 시스템의 복잡함, 시나리오의 타당성 등의 측면에서 실제 사회에 필적한다는 의미이다. 또한 사회 정책 과제 대상은 기술과 사회, 그리고 인간을 포함한 모든 복잡한 사회 기술 시스템(Socio-Technical Complex System)이다. 여기서는 그 총론으로 리얼 스케일의 사회 시뮬레이션에 도달하기까지의 사회 시뮬레이션의 변천을 해설하고, 이번 특집 내용을 소개한다.

2. 사회 시뮬레이션의 배경과 에이전트 모델링의 발전

기존의 사회 시스템 분석 연구에서는 인문사회과학의 방법론으로써 역사적인 사실에 주목해 문헌을 조사하는 등의 사례 분석을 통한 접근법, 또는 물리학적 및 공학적 방법으로 대상을 모델화해 수리적 및 통계적으로 다루는 접근법이 중심이었다. 전자에 대해서는 본지의 논점과는 거리가 있기 때문에 여기서는 다루지 않았다.

후자에 대해서는 예를 들어, 통계 물리학이나 확률 과정 분석법을 금융 문제에 적용한 것이 금융 공학이다. 따라서 금융 공학에서는 자연계에 존재하는 물리적 현상과 동일하게 시장은 소여(所與)의 것이라고 가정하고 있다.

하지만 이 가정은 일반적으로는 성립되지 않는다. 시장은 그것을 구성하는 사람 개개인의 의사와 행동을 바탕으로 구성되며, 시장에서의 거래 법칙은 자연 현상과는 다르다. 시장을 구성하는 사람의 의사에 의해 설계되는 것이기 때문이다. 이러한 사회 시스템의 분석 및 설계의 어려움을 극복하는 방법으로 시뮬레이션 역할이 주목되고 있다.

기존의 이산사상(離散事象) 시뮬레이션에는 대상 시스템에 대해 이하와 같은 방법이 채택되고 있다. i) 시스템의 움직임을 모방하는 확률 모델을 컴퓨터 상에 만들어 내고 ii) 이 모델에 대해 다수의 수치 실험을 반복적으로 실시, iii) 이를 통해 얻은 실험 결과를 통계적으로 해석해 시스템의 성능을 추정한다. 하지만, 사회 기술 시스템이 대상인 경우, 이 방법에는 다음과 같은 문제가 본질적으로 존재한다.

i) 확률 모델을 구축할 수 있을 정도의 실제 데이터가 존재하지 않기 때문에 데이터 해석에 막대한 비용이 소요된다. ii) 다양한 당사자들이 직접 또는 간접으로 대상 시스템에 관여하기 때문에 시스템의 움직임을 충분하게 기술하는 것이 불가능하다. iii) 실험 결과를 통계적으로 분석하기 위한 방법이 성숙되지 않았다.

한편, 사회나 조직이 가지고 있는 문제에 시물레이션을 이용하는 연구는 오래 전부터 시행되어왔다. 가장 오래된 연구에는 Cyert, March의 'Behavioral Theory of the Firm'이 있다. 이 논문에서 가장 흥미로운 부분은 조직의 의사 결정 프로세스를 Fortran 코드로 기술하고 있으며, 이 순서도(Flowchart)가 텍스트의 3분의 1 가까이를 차지한다는 것이다.

이후, 복잡하고 무질서한 조직의 의사 결정 행동에 관한 쓰레기통 모델(Garbage Can Model)이 Cohen 등에 의해 제안되었다. 또한 사회에 있어서의 매크로 레벨의 변수 변화에 주목한 '시스템 다이내믹스'와 같은 탑다운 방식도 존재한다. 이것이 로마클럽의 '성장의 한계' 연구에 이용된 것은 잘 알려져 있다. 하지만 이러한 시뮬레이션 연구들은 사회 시스템 연구의 주류가 되지 못했다.

이러한 상황이 변하기 시작한 것이 에이전트 모델링(Agent-Based Modeling) 또는 에이전트 시뮬레이션(Agent-Based Simulation)이라고 하는 방법론이 개발되어 보급되기 시작한 1990년대 초이다. 이러한 상황은 흥미롭게도 거의 같은 시기에 세계 각국에서 발생했으며, 이후의 시스템이론 연구 또는 계산사회과학 연구에 큰 영향을 미쳤다.

에이전트 시뮬레이션에서는 '에이전트'라고 불리는 내부 상태와 의사 결정 및 문제 해결능력, 그리고 통신 기능을 구비한 복수의 주체에 의한 바텀업 방식의 모델화를 시도. 그리고 이 인터랙션을 기반으로 한 창발적(創發的) 현상 및 시나리오를 분석한다.

그 특징은 i) 마이크로적인 관점에서 에이전트가 (개별적인) 내부 상태를 가지고 있어 자율적으로 행동 및 적응하고, 정보 교환과 문제 해결에 관여한다는 점. ii) 그 결과로서 대상 시스템의 매크로적인 성질이 창발한다는 점. iii) 에이전트와 에이전트를 둘러싼 환경 등이 마이크로-매크로 링크를 형성해 서로에게 영향을 주면서 시스템의 상태가 변화해나가는 점이다.

이 때문에 에이전트 간의 마이크로 레벨의 인터랙션으로 창발하는 매크로한 현상과 그것이 탑다운 방식으로 에이전트에 영향을 준다는 마이크로-매크로 링크 현상 분석에 유용하다.

한편, 과학 연구 성과는 다른 연구자들에게 이해 가능한 형태로 전달되어야 하며, 실험을 동반하는 것인 경우에는 그것이 재현할 수 있도록 하는 것이 요구된다. 하지만 이 경우, 에이전트 모델링의 이해성, 전달성, 정확성과 같은 측면에서 큰 문제가 발생한다.

이러한 문제에 대응해 현실의 사회 기술 시스템이 가지고 있는 과제에 적용하는 것을 목표로 개시된 것이 이번 특집에서 다루는 리얼 스케일 사회 시뮬레이션의 사고방식이다.

3. 사회 기술 시스템에 있어 의사 결정의 필요성과 그 어려움

복잡한 사회 기술 시스템에 있어서의 의사 결정 문제를 다루기 위해서는 공간 스케일로서 개인이나 가정의 행동 단위에서 에너지 문제 등 전세계로까지 영향을 미치는 문제를 다루어야 할 필요가 있다. 또한 시간 스케일로서는 감염증 대책과 같이 1일 단위의 문제부터 도시 계획과 같은 수 십 년이 소요되는 문제도 존재한다.

건전한 사회를 실현하기 위해서는 시민, 행정가, 정치가 등 다양한 당사자들이 이러한 문제들을 자신의 일로서 이해하고, 의사 결정으로 이어나가지 않으면 안 된다.

사이버 피지컬 시스템을 통해 Society 5.0 실현을 추진하고 있는 우리 정부의 활동과 다보스포럼의 국제적 목표이기도 한 '인간 중심의 미래 사회'의 개념 및 공공 정책 'NPG(New Public Governance)'의 사고방식을 허황된 것으로 만들지 않기 위해서라도 새로운 시스템 과학의 방법론이 필요하다.

실제로 사회 기술 시스템에 관한 의사결정에는 어려움이 존재한다 이러한 어려움에 대한 우리의 접근은 공학 분야에서 보급되고 있는 디지털 엔지니어링 방법을 사회 기술 시스템에 도입해 리얼 스케일의 디지털 사회 실험을 낮은 비용으로 실행할 수 있도록 하는 것이다.

4. 리얼 스케일 사회 시뮬레이션을 위한 기본 기술

디지털 엔지니어링 성공의 원인은 ICT나 IoT 등의 컴퓨터 및 통신 기술의 진보로 인해 측정 기술이 발전한 점과 모델화 기술이 진보해 리얼 스케일로 정확한 모델을 용이하게 실현할 수 있게 되었다는 점, 계산의 정밀도와 표현 방법이 진보해 실제 크기의 모형이 없어도 결과의 타당성을 보장할 수 있게 되었다는 점에 있다. 디지털 사회 실험의 방법론을 확립하기 위해 필자가 필요하다고 생각하는 중요한 기본 기술은 이하의 3가지이다.

4.1 데이터 구동 디자인 기술
4.2 모델 구동 디자인 기술
4.3 커뮤니케이션 구동 디자인 기술
5. 특집호의 구성

이번 특집은 6편의 해설과 2편의 사례, 1편의 좌담회로 구성되어 있다.

우선, 가이하라(貝原) 씨는 '사회 시뮬레이션을 이용한 정책 입안으로의 접근 ~ 미래 사회의 공창적(共創的) 디자인 방법 SPD(Societal Prototyping Design)'이라는 타이틀로, 그가 연구 대표를 맡고 있는 JST 미래사회창조사업 '초(超) 스마트사회 실현'의 영역 탐색 연구 '사회 정책 입안을 위한 멀티 스케일의 ABSS 방법'에서 추진하고 있는 멀티 스케일의 ABSS에 의한 정책 입안에 대해 그 성과와 검토 상황에서 탄생한 미래 사회의 공창적 디자인 방법으로써의 Societal Prototyping Design(SPD)'이라고 하는 구상에 대해 해설했다.

이하의 5편의 해설은 SPD 구상을 위해 SPD 프로젝트에 참가한 연구자들에 의한 성과이다.

5.1 해설
5.2 사례 소개
5.3 좌담회
6. 마무리

본 특집에서는 리얼 스케일의 사회 시뮬레이션을 통해 복잡한 사회 기술 문제 해결을 목표로 당사자 스스로 그것에 참여할 수 있는 공창적 디자인 구조를 실현하기 위한 방법론과 기술에 대해 논의하였다.

우리들은 코로나19를 둘러싼 세계적 팬데믹 속에 사회 실험을 실제로 실시하는 여유도 갖지 못한 채 많은 충돌을 동반한 정책 결정을 하지 않으면 안 되는 상황에 직면했다. 일본의 코로나19 대책은 기술과 정치가 실천적 측면에서 면밀하게 협력하지 않으면 안 되는 상황에 놓인 최초의 사례였을지도 모른다.

하지만 앞으로는 이러한 미지의 사회 문제가 발생한다 하더라도, 본 특집의 해설에서 볼 수 있듯이 리얼 스케일 사회 시뮬레이션의 방법론은 기술적뿐만 아니라 사회적으로도 머지않아 적용이 가능하게 될 것이라고 생각된다. 필자는 앞에서 서술한 '3001년'의 세계가 가까워지고 있다고 믿고 있다.

앞에서 아서 클라크의 말을 인용한 것과 같이, 지금은 지극히 일상적으로 사용되고 있는 '사이버 스페이스'라는 용어를 처음 사용한 SF 작가 윌리엄 깁슨의 말로 이 글을 마무리 하겠다. '미래는 이미 여기에 있다. 아직 널리 유통되지 않은 것뿐이다'. 이 글을 통해 독자들이 이 영역의 연구개발에 관심을 갖게 되길 바란다.

-- 끝 --