디지털 트윈(Digital Twin). 가상세계에 실물과 똑같은 물체를 만들어 다양한 모의시험(시뮬레이션)을 통해 검증해 보는 기술을 뜻한다. 현실세계의 기계나 장비, 사물 등을 컴퓨터 속 가상세계에 구현해 실제 제품을 만들기 전 시뮬레이션을 통해 발생할 수 있는 문제점을 사전에 파악하고, 이를 해결하기 위해 주로 사용한다.
최근에 주목하는 디지털 트윈은 ‘사물인터넷(Internet of Things, IoT), ‘빅데이터’, ‘인공지능’, ‘시뮬레이션’ 등을 종합한 개념이다. 지난 2016년 디지털, 파워(전력), 신재생에너지, 오일&가스, 에너지커넥션(송배전), 항공, 헬스케어, 운송(철도), 조명 부문 등 다양한 분야의 사업을 영위하는 글로벌 기업 제너럴 일렉트릭(General Electric Company, 이하 GE)이 주창한 개념으로 4차 산업혁명을 이끌 주요 기술 중 하나로 주목받는다.
당시 GE의 제프 이멜트 회장이 작성한 주주 서한에는 “GE는 디지털 트윈으로 산업 기계 50만여 대에 대한 디지털 프로필(Living Digital Profile)을 만들고 있다. 이를 제트엔진 GE90에 적용해 항공기 가동률 향상과 불필요한 점검을 효율화해 수천만 달러의 비용을 절감했다”라며, “GE는 이와 관련된 앱과 SW로 50억 달러의 수익을 기록, 매년 20% 증대 중이다”라고 효용성을 설명한 바 있다. 2017년 기준, GE는 80만 개 이상의 디지털 트윈 응용 프로그램을 개발, 같은 해 미국의 한 발전소를 모니터링한 뒤 고장 직전 터빈 베어링을 발견해 200만 달러 규모에 이르는 사업 손해를 막기도 했다.
현실세계와 같은 가상세계를 통해 최적의 효율을 찾아낼 수 있는 디지털 트윈, 출처: 셔터스톡
디지털 트윈의 근간은 데이터에서 시작한다. 수많은 센서를 통해 수집한 데이터를 통해 현실세계와 동일하게 움직이고 작동하는 가상세계는, 다양한 시뮬레이션을 통해 최적의 효율을 찾아낼 수 있기 때문이다. 예를 들어 10년 이상 똑같은 생산 라인으로 운영한 공장의 내부 설비와 운영 데이터 등을 가상세계에 구현하면, 여러 실험을 통해 생산 효율을 높이거나 비용을 절감하는 등 긍정적인 결과를 도출할 수 있다.
이에 IT동아가 홍익대학교의 이근 미술대학장을 만나 이야기를 나눴다. 이근 교수는 미술대학장이자 스마트 모빌리티 연구소장, 디자인 학부 산업디자인 교수를 겸임하고 있다. 다년간 운송 기기 디자인 분야 전문가로 활동하며 스마트 모빌리티 교통 시스템과 스마트 시티와 관련한 연구, 저술, 컨설팅 업무를 수행하고 있다. 지난 2015부터 2017년까지 서울 디자인 재단 대표이사를 역임하며 도시 공공 디자인, 공공 디자인 거버넌스 분야에서 경험을 쌓은 바 있다.
홍익대학교 이근 미술대학장, 출처: IT동아
시뮬레이션할 수 있는 디자인이 필요합니다
IT동아: 만나서 반갑다. 디지털 트윈, 메타버스, 확장현실(eXtended Reality, XR) 등 빠르게 발전하는 기술을 통해 변화하고 있는 현실 속 다양한 이야기를 듣고자 이근 교수님을 찾았다. 최근 홍익대학교 산업디자인과에서 학생들이 XR을 활용해 자동차를 디자인하고, 졸업 작품을 발표한다는 등의 몇 가지 흥미로운 이야기를 들었다. 산업디자인을 공부하는 학생들은 직접 손으로 종이 위에 펜과 붓을 사용해 디자인한다고 생각했는데… 예상과 달라 너무 놀랐다.
이근 교수(이하 이 교수): 하하. 시대가 바뀌지 않았나(웃음). 디지털 트윈, 가상세계, XR 등 새로운 기술의 등장으로 인해 산업 현장은 변화하고 있다. 자동차를 예로 들어보자. 자동차를 만들기 위한 과정은 과거 100년 전과 비교해 많이 달라졌다. 초기에는 직접 사람이 철판을 자르고, 두드리고, 나사를 조이며 차대와 엔진을 만들었다. 그걸 하나하나 조립해서 자동차를 완성했고, 제대로 움직이는지 현실 속에서 테스트해야 했다.
IT동아: 그러니까… 과거에는 직접 모든 것을 현실에서 사람이 관여해야 했지만, 이제는 가상세계에서 할 수 있다는 것인가.
홍익대학교 이근 미술대학장, 출처: IT동아
이 교수: 맞다. 가상세계에서 자동차를 디자인한다는 것은 그런 의미다. 그저 종이 위에 그린 자동차 디자인을 컴퓨터로 그리는 것이 아니다. 이제는 실제 현실에 있는 자동차의 데이터를 그대로 가져와 그 안에서 조립하고, 새로운 디자인으로 자동차를 만들 수 있다. 그리고 중요한 것이 시뮬레이션이다. 그렇게 완성한 자동차를 현실과 같은 환경의 가상세계에서 다양한 조건으로 테스트할 수 있다.
이게 의미하는 바는 크다. 가상세계가 아닌 현실에서 새로운 자동차를 만든다는 것은 막대한 자금과 인력, 시간이 필요했다. 상당한 규모의 대기업이 아닌 이상 도전조차 하기 어려운 커다란 산업이다. 5,000만 원 가격의 자동차를 시중에서 선보이기 위해서 프로토 타입 자동차 1대를 개발하기 위해 50억 원 정도의 자금이 필요하다. 하지만, 현실과 같은 가상세계는 자동차를 개발하기 위해 필요한 자금과 인력, 시간 등을 획기적으로 줄일 수 있다.
IT동아: 어느 정도인지 잘 감이 잡히지 않는다.
출처: 셔터스톡
1990년대 후반까지만 해도 지금처럼 가상세계에서 자동차를 구현하고 미리 테스트할 수 없었다. 수많은 부품 데이터를 감당할 수 있는 자원이 부족했다. 하지만, 인터넷이 발전하고, 컴퓨터 성능이 향상되고, 네트워크 속도가 빨라지면서 이제는 실제와 같은 가상세계를 구현한다. 수많은 부품뿐만 아니라 도심 속 교통 정보, 날씨, 주변 환경 등도 적용할 수 있다.
IT동아: 현실과 같은 가상세계에서 실제와 같이 움직이는 자동차를 만든다는 뜻인가. 생각을 넓혀보면, 대기업이어야만 만들 수 있는 자동차를 이제는 가상세계에서 누구나 만들 수 있다는 것처럼 들린다.
이 교수: 맞다. 학생들에게 자동차 디자인을 그리라고 말하지 않는다. 현실과 같은 가상세계 속에서 자동차 회사를 만들라고 말한다. 그래서 요즘 강조하는 것은 데이터다. 현실과 같은 가상세계, 메타버스, 디지털 트윈 등에 활용할 수 있는 데이터를 구현할 수 있어야 한다. 그게 디자인이다.
출처: 셔터스톡
자동차가 아닌, 공간을 디자인해야 한다
IT동아: 정리해 보면, 디자인을 미리 시뮬레이션하는 것 같다.
이 교수: 시뮬레이션하는 상황도 많이 달라졌다. 과거에는 자동차가 얼마나 잘 움직이는지 아니, 제대로 움직이는지를 시뮬레이션했다. 1차적인 목적에 가까웠다. 하지만, 기술의 발전으로 실제와 같이 동작하는 환경을 구현하면서 자동차 시뮬레이션은 더 많은 것을 담기 위해 노력하고 있다. 자동차가 아닌, 공간을 시뮬레이션하는 단계다.
자율주행 자동차는 스스로 움직인다. 사람이 운전하지 않아도 된다. 언젠가 레벨4, 레벨5를 만족하는 자율주행 자동차가 등장한다면, 더 이상 사람이 운전대를 잡지 않을 수도 있다. 만약 이런 자율주행 자동차가 등장한다면, 운전석에 앉은 사람이 꼭 전방을 주시해야 할까? 아니다. 옆 사람과 마주 보고 대화를 나눌 수 있을 것이다. 즉, 자동차 내부 공간 디자인이 바뀔 수 있다.
지난 2022년 아우디가 공개한 운전대가 없는 콘셉트카 ‘어반스피어 콘셉트’, 출처: 아우디
‘운전자가 전방을 주시하지 않아도 된다’라는 조건만 갖춰진다면, 자동차 내부 디자인은 지금과 완전히 달라진다. 운전을 위한 디자인이 아닌, 자동차 내부 공간을 활용할 수 있는 디자인이 필요하다. 이러한 디자인을 현실에서 모두 적용해 볼 수 있을까? 아니다. 어렵다. 하지만, 현실과 같은 가상세계라면 미리 테스트하고 시뮬레이션할 수 있다.
IT동아: 맞다. ‘실제로 자율주행 자동차가 등장한다면’이라는 주제로 등장한 다양한 콘셉트 자동차를 봤었다. 이를 현실이 아닌 가상세계에서 미리 시뮬레이션할 수 있어야 한다는 뜻인가.
이 교수: 맞다. 시뮬레이션할 수 있는 능력이 필요하다. 시대가 바뀌었다. 현실과 같은 가상세계에서 (자동차를) 잘 시뮬레이션할 수 있어야 한다. 홍익대학교에서 신입생을 선발할 때 실기를 보지 않은지도 10년이 지났다. 더 이상 평면에 그리는 미술, 디자인은 중요하지 않다고 생각한다. 잘 그린 스케치 1장 보다 주어진 환경에서 유용한 시뮬레이션 10개를 구현하기 위한 스킬이 필요하다.
홍익대학교 이근 미술대학장, 출처: IT동아
IT동아: 궁금하다. 어떤 것이 필요할까? 포토샵과 같은 전문 프로그램을 잘 다루는 능력이 필요할까?
이 교수: 아니다. 그림을 잘 그리거나, 프로그램을 잘 다루는 스킬이 아니다. 누가 봐도 멋진 자동차 외형 디자인을 완성했다고 가정하자. 그걸 연필로 그렸건, 포토샵으로 그렸건, 중요하지 않다. 단순한 이미지일 뿐이다. 필요한 것은 데이터다. 완성한 이미지를 어떻게 적용할 것인지, 실제 환경에 적용하면 어떤 결과를 이끌어낼 수 있는지를 담은 데이터를 구현할 수 있어야 한다.
사람을 이해해야 한다. 앞서 언급한 자율주행 자동차의 내부 공간을 디자인하는 것과 같다. 알아서 움직이는 자동차 속 사람은 무엇을 필요로 할지, 필요로 하기 위한 내부는 어떻게 디자인할지 등 스토리를 그릴 수 있어야 한다. 즉, 자율주행 자동차를 위한 디자인은 사람과 공간을 이해한 결과물을 데이터로 구현해 시뮬레이션할 수 있어야 한다.
이때 필요한 것은 경험적 창의력이다. 똑같은 훈련을 받아, 주입식으로 내재한 스킬은 필요 없다. 다양한 상황을 경험하고, 각각의 상황에 맞춰 체득한 경험을 어떻게 구현할 수 있는지, 시뮬레이션할 수 있는 능력이 필요하다.
디자인을 시뮬레이션한다는 의미
IT동아: 음… 쉽게 떠올리기 없는 능력이다.
이 교수: 시뮬레이션은 하나의 조합이다. 자동차에서 (사람에게) 필요한 조합이 무엇인지 찾는 과정이다. 최근 디지포레가 개발한 ‘XR 오토 스튜디오’를 교육 목적으로 활용하기 시작한 이유다. XR 오토 스튜디오는 가상세계에서 직접 자동차를 구현할 수 있는 플랫폼 중 하나다. 시중에 있는 자동차 데이터, 학생들이 디자인한 자동차 데이터(디자인)를 가상세계로 불러올 수 있다.
학생이 디자인한 미래형자동차를 가상세계에서 다루며 실제 구동방식과 내부구조를 살피는 모습, 출처: 디지포레
학생들에게 무턱대고 뭔가를 그리지 말라고 조언한다. 경험하지 않고 그저 생각한 디자인은 공상일 뿐이다. 이를 실제로 구현할 수 있어야 하나의 디자인, 아이디어로 인정받을 수 있다. 그리고 이렇게 완성한 디자인을 데이터로 전환해 시뮬레이션할 수 있어야 한다.
학생이 디자인한 ‘Snowglobe’ 자동차를 스테이지와 조명을 변경하며 디자인 요소를 확인하는 모습, 출처: 디지포레
예전에는 새로운 차세대 자동차를 보기 위해 모터쇼를 직접 찾아가야 했지만, 지금은 앉아서도 모터쇼를 볼 수 있다. 더 나아가 XR 오토 스튜디오처럼 가상세계를 구현하는 플랫폼에서 실제 자동차를 만지고 보는 경험을 쌓을 수 있다. 요즘은 학생들에게 자동차 디자인을 계속 스케치하지 말라고 조언한다. 스케치한 디자인을 시뮬레이션할 수 있어야 한다.
원격으로 여러 학생이 XR 가상공간으로 접속해 디자인을 품평하는 모습, 출처: 디지포레
IT동아: 확실히… 어떤 의미인지 이해했다. 시뮬레이션할 수 있는 스케치란, 곧 데이터를 만들 수 있어야 한다는 것 아닌가. 현실과 같은 가상세계에서 실제처럼 움직일 수 있는 디자인이 필요하다는 의미일 수도 있고.
이 교수: 맞다. 실제로 벤츠에서 자동차를 오래 디자인한 전문가들이 영국의 한 스튜디오에서 자동차 3D 모델링 프로그램 중 하나인 ‘알리아스’에 제대로 적응하지 못하는 모습을 본 적이 있다. 이미 산업 현장은 디지털 가상세계로 넘어왔는데, 여기에 적응하지 못하는 것이다. 스케치만 하지 말라는 의미는 여기에 있다.
산업 현장에서 요구하는 디자인은, 데이터를 만들 수 있어야 한다. 궁극적으로 10개의 디자인이 있다면, 가상세계에서 시뮬레이션할 수 있는 10대의 자동차로 이어져야 한다.
XR 오토 스튜디오와 같은 플랫폼이 이를 가능케 한다. 그저 스케치한 그림 하나라도 플랫폼과 연동할 수 있는 데이터로 변환하면, 현실과 같은 환경에서 시뮬레이션할 수 있다. 그저 멋지고 이쁜 자동차 외형이 아닌, 어떻게 동작하고 움직이는지 체험할 수 있도록 돕는다. 잘못 그린 선 한 개가 어떤 결과로 이어지는지 보여준다. 보기에는 이쁘고 잘 그린 그림일지라도, 현실을 반영한 가상세계에서 제대로 작동하지 않으면 무의미하다는 것을 알려준다.
다시 한번 강조하지만, 그저 그림을 잘 그린 디자인은 중요하지 않다. 드로잉(drawing)은 디자인을 위해 대화하는 하나의 수단일 뿐이다. 궁극적으로 드로잉을 데이터로 변환해 시뮬레이션할 수 있도록 발전시켜야 한다.
IT동아: 산업 현장이 변화하는 만큼, 대학교의 교육도 많이 바뀐 것 같다.
이 교수: 디지털 트윈, 메타버스, XR 등을 활용할 수 있도록 기회를 제공하는 이유다. XR 오토 스튜디오처럼 시뮬레이션할 수 있는 플랫폼을 활용할 수 있어야 한다. 현실과 데이터로 연결된 가상세계는 기존의 많은 문제를 손쉽게 해결할 수 있다. 시공간적인 제약에서 벗어나 새로운 아이디어를 현실로 구현할 수 있도록 돕는다.
앞으로도 학생들이 산업 현장에서 발휘할 수 있는 능력을 쌓을 수 있도록 고민하고 노력하겠다.
동아닷컴 IT 전문 권명관 기자 tornadosn@itdonga.com