[공학저널 전찬민 기자] 빅데이터, 클라우드, 인공지능, IoT 등 4차 산업혁명 기술은 다양한 산업의 혁신을 가져왔으며, 우리 생활의 디지털화를 촉진하는 배경이 됐다. 특히, 공간정보를 기반으로 빅데이터와 시뮬레이션 기술이 융합된 디지털트윈 기술은 4차 산업혁명 기술로 관심이 높아지고 있다.
디지털트윈 기술은 실제 공간을 가상 세계에 쌍둥이처럼 구현하는 것으로, 가장 중요한 것은 디지털트윈 구현 목적 즉, 대상시스템에 대한 질문이다. 그 이유는 목적이 무엇이냐에 따라 디지털트윈에 포함될 운용 데이터, 공간정보, 시뮬레이션 모델 등 세 가지 요소 중 1개 이상을 구현해야 하기 때문이다.
이에 따라 디지털트윈 구현 목적이 시뮬레이션을 통해서 답해야하는 수준의 왜를 묻는 지혜 영역의 질문이 아니라면 시뮬레이션 모델은 필요 없게 된다. 그럼에도 불구하고 인공지능의 한계를 넘기 위해 시뮬레이션 기술의 필요성이 강조되고 있다.
인공지능을 이용한 서비스는 과거부터 현재까지 운용된 경험적 데이터를 바탕으로 데이터 모델을 기계학습한 후 학습에 사용된 경험적 데이터 영역내의 질문 즉, 입력 시나리오에 답하게 된다. 이로 인해 데이터 모델의 한계는 데이터가 확보되지 않은 미래에 대한 예측이 불가능하다는 것이다.
한국과학기술원(KAIST) 전기및전자공학부 김탁곤 명예교수(사진)는 “시뮬레이션 모델의 입력 시나리오는 과거에 경험해 본 것과 미래에 경험해 보지 않은 것을 모두 사용해 입력(질문)에 대응하는 출력(답)을 구할 수 있다”며 “시뮬레이션 모델은 대상 시스템에 대한 질문이 달라지면 대응하는 답을 찾는 모델이 달라지기 때문에 디지털트윈에 포함될 시뮬레이션 모델이 반드시 목적 지향적으로 구축돼야 한다”고 말했다.
그는 이어 “디지털트윈은 반드시 구축 목적이 전제돼야 하며 구축 목적은 실제 시스템 단독으로는 불가능했지만 디지털트윈과 실제 시스템을 연동함으로서 가능해 질 수 있는 서비스를 식별해야 한다”며 “새로운 서비스가 전제 되지 않는 디지털트윈 구축은 디지털트윈 개발 기술 자체에 대한 호기심은 만족 시킬 수는 있지만 디지털트윈이 가지고 있는 무한한 서비스 잠재 능력을 전혀 끄집어 낼 수 없다”다고 덧붙였다.
한편, 김 교수가 그간 연구 개발해온 시뮬레이션 모델링 이론/방법론을 구현한 플랫폼인 DEVSim++ 플랫폼과 다수의 기술 특허, 그리고 문제 해결 방법론은 ㈜한국디지털트윈연구소에 이전해 시뮬레이션 기반 디지털트윈 플랫폼인 WAiER로 개발이 이뤄졌다.
한국디지털트윈연구소의 WAiER는 모델 개발/시뮬레이션에 사용되는 엔진과 빅 데이터 기반 모델 학습에 사용되는 엔진으로 구분되며, 모델 개발/시뮬레이션 엔진은 미세 먼지 확산과 같은 자연현상 등을 표현하는 연속시간 시스템과 사람이 만든 인위적인 세계인 이산사건 시스템의 모델링 시뮬레이션에 모두 사용될 수 있다. 나아가 이들 연속시간 시스템과 이산사건 시스템이 혼재돼 결합된 하이브리드 시스템의 모델링 시뮬레이션에도 사용될 수 있다는 것이 특징이다.
또한 모델 학습 엔진은 빅 데이터와 기계학습을 이용해 사람 대신 컴퓨터가 대상 시스템의 모델을 생성해 내는 기능을 한다는 것이 특징이다. 또한 디지털트윈과 연동된 실제 시스템의 성능 저하에 따라 디지털트윈 모델의 성능 저하가 자동적으로 반영되는 진화 학습 기능도 가지고 있다.
특히, 한국디지털트윈연구소에서 특허 등록된 BAS(Big Data, AI, Simulation) 모델링 기법은 사람과 컴퓨터가 협력적으로 시스템 모델을 자동 생성해 내는 기법이다. 구체적으로, 사람이 대상 시스템의 도메인 지식을 이용해 디지털트윈 모델의 틀과 대상 시스템의 빅 데이터를 제공하면 컴퓨터가 기계학습을 사용해 틀 속에 내용을 채워 넣는 방식이다.
이때 사용되는 디지털트윈 모델 틀은 입력-출력 관계가 함수 형태로 표현되는 신경망(NN) 등 정적인 데이터 모델 틀과는 달리 입력-출력 관계가 미분/적분 형태로 표현되는 동적 시스템 모델 틀이다.
한국디지털트윈연구소는 WAiSER 플랫폼을 바탕으로 디지털트윈 구축과 운용 관련 국가 연구 개발 사업, 민간 기업 디지털트윈 개발 프로젝트 등을 수행하고 있다. 올해에는 WAiSER 플랫폼을 바탕으로 CES 2022 부스에 참가했으며, 제 6회 4차 산업혁명 대상을 수상하고, 과기부 정보통신산업진흥원으로부터 SW 예비고성장클럽 지원 기업으로 선정되는 등 기술력을 입증해 나가고 있다.
또한 WAiSER 플랫폼을 기반으로 교통, 환경, 헬스, 생산/제조, 발전/에너지, 식물공장 등 다양한 응용 분야의 디지털트윈 모델 라이브러리를 구축하는 것을 목표로 하고 있다. 이와 더불어 구축된 디지털트윈 라이브러리를 토대로 모델링 시뮬레이션 분야의 일반인과 전문가들이 참여할 수 있는 디지털 플랫폼을 구축해 다양한 대상 시스템에 대한 분석, 예측, 진단과 최적화에 대한 클라우드 서비스를 제공할 계획이다.
