🌃 도시가 똑똑해지려면 쌍둥이가 필요하다?_______________

🌃 도시가 똑똑해지려면 쌍둥이가 필요하다?________________‘21년 8월 4째주

2021. 8. 27.

[사회문제해결 이 주의 Pick!] 과학기술로 사회문제를 풀어가는 이야기를 전합니다

2021년 8월 4째주 | 구독하기 | 지난호

과학기술로 풀어갈 사회문제🚩

🌃 도시가 똑똑해지려면 쌍둥이가 필요하다?

🏗 내년부터 스마트시티가 성큼

👭 디지털 쌍둥이로 문제해결

🏗 내년부터 스마트시티가 성큼

- 글로벌 스마트시티 구축 동향 (ft. IITP) -

🌆 비효율적인 도시가 똑똑해진다면?

우리나라는 인구의 반 이상이 수도권에 거주해서 도시 쏠림 현상이 심해요.

수많은 사람이 모여 사는 만큼 교통 체증, 주차 문제 같은 비효율 뿐만 아니라 대기오염, 주거, 쓰레기, 범죄, 건강 등의 도시 문제가 점점 심해지고 있어요.

이런 도시에 첨단 기술이 들어오면 우리의 일상은 어떻게 바뀔까요?

첨단기술로 똑똑해진 도시 ‘스마트시티(Smart City)’를 알아봅시다!

🌇 스마트시티는 무엇일까?

스마트시티는 도시에 첨단 정보통신기술(ICT), IoT, 빅데이터, AI와 같은 혁신기술로 도시의 문제를 해결하고 시민들의 삶의 질을 높이는 새로운 도시 모델이에요. 도시 구석구석을 첨단기술로 초연결하니 데이터가 엄청 쌓이겠죠? 기존 도시 문제를 사람이 직접 가서 해결했다면 스마트시티는 ICT 기술과 데이터를 활용해서 문제를 효율적으로 해결해요.

▪ 기존 도시랑 뭐가 달라?

기존 도시는 자원 활용이 2차원적으로 이루어져 데이터 공유, 기능 공유가 어려워 자원이 낭비 됐어요. 소수의 컨트롤타워로 운영되는 기존 도시와 달리 스마트시티는 자원과 정보를 3차원 적으로 이용해요. 그래서 도시 전체가 하나의 플랫폼으로 연결 되어 시민에게 필요한 지식과 데이터 제공이 가능해요. 기존에는 교통 따로, 에너지 따로, 물 따로 등 독립적인 기술 플랫폼으로 관리되어 왔지만, 스마트시티는 도시 전체가 하나의 플랫폼으로 관리돼요.

🌁 스마트시티가 가져올 일상의 변화

▪ 코로나19 역학조사, 10분 컷

이미 코로나19 감염 역학조사에 스마트시티가 큰 역할을 했어요. 빅데이터로 실시간 분석, 동선, 체류 지점을 자동으로 파악해서 대규모 발병 지역과 감염원 파악 등 코로나19 역학조사를 최저 10분 안에 끝낼 수 있게 됐어요.

▪ 도시 문제의 주범, 교통문제

사고가 나면 교통 카메라의 AI가 사고를 실시간으로 인식해서 자동으로 관계자에게 상황을 알려요. 그래서 골든타임 내에 인명을 구하고 교통 체증을 줄일 수 있어요. 알고리즘이 스스로 학습해서 사고를 미리 예측 할 수 있어요.

신호등이나 표지판을 재설계 할 수 있어요. 교통량이 급증하면 도시가 그 사실을 인식하고 신호등을 조정해서 이 지역이 빨리 비워지도록 할 수 있어요.

도시 외곽 작은 마을에서 버스를 타야 하는 손님이 스마트폰 어플로 버스를 신청하면 운영 중인 버스의 노선이 실시간으로 바뀌어 효율적으로 승객을 태울 수 있어요.

▪ 폭염 취약지역을 미리 조치

도시 곳곳에 폭염, 미세먼지, 소음 등을 감지하는 센서가 달리면 그동안 단순히 온도, 미세먼지 등 정보를 제공하는 수준을 넘어 실시간으로 노인 밀집 거주지, 경로당, 어린이집 주변 등 폭염에 취약한 주민들이 많은 곳을 모니터링하고 미리 폭염에 대응할 수 있어요. 폭염 취약계층이 많이 거주하는 골목 주변에 살수차로 물을 뿌려 열섬현상을 예방해요.

▪ 센서가 여기까지?

기존에는 어디서 상하수도가 누수 됐는지 알 수 없었지만, 스마트시티로는 누수 된 곳을 센서로 전달 받아 바로 조치가 가능하고 상하수도 노후도를 측정해 누수 가능 지역도 추정해요.

기존에는 정기적으로 쓰레기 수거를 해왔다면 스마트시티는 쓰레기통 센서로 쓰레기 배출량을 모니터링하고 쓰레기통이 가득 찬 경우만 수거해요.

🛣 스마트시티의 현주소와 그 미래는 어떻게 될까?

실제로 지구 전체 면적에서 도시가 차지하는 비중은 2%지만, 지구 온실가스의 70%는 도시에서 만들어지고 있어요. 스마트시티가 도시문제 해결과 기후변화 대응이라는 가장 중요한 글로벌 이슈들을 해결할 수 있는 수단으로 부상하면서 2010년 이후 스마트시티는 개발도상과 선진국 모두가 주목하는 메가트렌드가 되었어요. 게다가 아시아-태평양지역이 도시인구가 급격히 증가해서 아태평양 지역이 스마트시티 시장을 주도할 것으로 예측돼요. 스마트시티 글로벌 시장 규모는 연평균 18.4%의 성장해 '23년에 6,172억 달러(약 692조원)로 전망돼요.

2020년 전 세계에서 가장 스마트한 도시는 싱가포르(1위), 헬싱키(2위), 취리히(3위) 순으로. 한국의 대표 도시인 부산(46위)과 서울(47위)은 다른 글로벌 도시들과 비교했을 때 아직 낮은 수준이에요.

🌆 내년부터 상용화되려면

정부는 ‘18~’22년까지 1,313억 원의 예산을 들여 “스마트시티 혁신성장동력 R&D” 사업을 추진해오고 있어요. ‘21년까지는 스마트시티 실증사업을 추진하고, ’22년부터는 상용화된 스마트시티를 국민들이 만날 수 있도록 하고 있어요(ft. 제3차 스마트도시 종합계획). ‘22년을 목표로 스마트시티를 성공적으로 구현하려면 ① 디지털 경제의 핵심자원인 데이터를 활용하기 위한 데이터 허브를 성공적으로 구축해야 해요. ② 디지털 트윈으로 현실 도시를 컴퓨터 속 가상도시를 구현해야 해요. 디지털 트윈은 도시를 가장 효율적으로 관리하고 문제를 해결할 수 있는 최적의 플랫폼이에요.(👉두 번째 Pick을 참고하세요) ③ 디지털 소외계층도 변화된 일상에 적응할 수 있도록 디지털 격차를 해소할 방안을 마련해야 해요.

🌇 참고문헌

- 국토교통부(2020). 코로나19 역학조사 지원시스템

- 국토교통부(2019). 제 3 차 스마트도시 종합계획

- 서초구청(2020). 서초구, IoT활용 실시간 폭염 대응 실시

- IITP(2021). 글로벌 스마트시티 구축 동향

- IMD(2020). SMART CITY INDEX 2020

- KIST(2017). 스마트시티 개념과 정책동향

- KIST(2017). 융합연구리뷰 4월 Vol.7

- KIST(2018). 스마트시티의 국내정책변화, 스마트시티 국제동향

- KDI(2020). 스마트시티로 더 나은 미래를 만듭니다

- NIA(2016). 스마트시티 발전방향과 한국의 경쟁력

글로벌 스마트시티 동향 보러가기

👭디지털 쌍둥이로 문제해결

- 스마트 도시 실현을 위한 디지털 트윈 기술 동향 (ft. ETRI) -

👨🏽‍🤝‍👨🏼 문제를 효율적으로 해결할 수 없을까?

비행기나 우주선은 설계에서 작은 실수 하나도 천문학적인 손해가 발생하죠. 이와 마찬가지로 현실의 수많은 문제들도 문제 해결을 위해 시행착오를 겪으면서 예상치 못한 비용과 파급효과가 생겨요. 만약 문제 해결을 현실이 아닌 가상 세계에서 먼저 해결하면 우리의 일상은 어떻게 바뀔까요? 가상 세계에서 문제를 해결하는 ‘디지털 트윈’을 알아봅시다!

👨🏻‍🤝‍👨🏻 디지털 트윈이란?

디지털 트윈은 가상공간에 실물과 똑같은 물체(쌍둥이)를 만들어 다양한 시뮬레이션을 해서 미리 예측하는 기술을 말해요. 가상공간에 실제 사람, 사물, 공간, 시스템, 프로세스 등 똑같은 대상을 만들어 현실과 동기화하고, 다양한 시뮬레이션을 거쳐 현실에서 발생할 수 있는 문제점을 파악하고 이를 해결할 수 있는 전략적 기술이에요.

재난, 환경오염, 도시건설 등 다양한 현실의 문제를 가상 세계에서 수많은 모의시험으로 최적의 답을 찾으면 현실 세계의 문제를 사전에 방지하거나 보다 안전하고 효율적으로 해결할 수 있겠죠?

👩🏿‍🤝‍👩🏼 가상 세계랑 뭐가 달라?

기존의 3차원 디지털 세계가 현실 세계와 유사한 시각화 중심의 가상공간이었다면, 디지털 트윈은 디지털 세계와 현실 세계가 끊임없이 데이터와 정보를 주고받아, 서로 동기화하고 상호작용해요. 즉 디지털 트윈은 단순한 현실의 복제본이 아니에요.

① 현실의 물리적 사물과 디지털 객체를 디지털 페어링(digital paring)해서

② 현실 세계의 데이터를 가상공간에서 실시간 분석하고

③ 다시 현실 세계의 의사결정에서 활용해요.

👨🏽‍🤝‍👨🏽 가상세계에 쌍둥이를 어떻게 만들어?

디지털 트윈을 구축하기 위해서는 빅데이터 수집, 분석과 활용이 필수적이에요. 디지털 트윈은 특정 기술이 아닌 IoT, 5G, 빅데이터·클라우드·3D 프린팅 등 거의 모든 디지털 기술이 필요해요.

(모델링) 모델링으로 물리적 객체를 가상세계에 표현할 수 있어요. 대상의 구조는 2D나 3D 모양으로 나타내고, 증강현실, 가상현실 등으로 가시화할 수 있어요, 대상의 행동이나 기능은 수학, 절차, 옵션, 알고리즘처럼 컴퓨터가 처리할 수 있는 방식으로 나타내요.

(데이터 수집·분석) IoT와 5G 통신, 엣지클라우딩의 발전으로 대상의 데이터를 실시간으로 모니터링, 수집하고, 빅데이터, AI 등으로 분석해요.

(활용) 분석된 결과를 바탕으로 현실 제어, 예측, 최적화 모델을 도출해요. 궁극적으로 디지털 트윈은 계획 수립부터 운영, 관리, 유지 보수 및 조기 대응 등에 쓰여요. 단계적으로는 ‘사전’에 시뮬레이션 검증, ‘시스템 운영 중’에 최적화, 미래 상황 예측, ‘사후’ 문제분석 등에 쓰일 수 있어요.

👨🏼‍🤝‍👨🏻 디지털 트윈 어떻게 쓰이고 있을까?

디지털 트윈은 2002년에 최초로 개념이 소개된 이후에 제조 분야에서 부분적으로 사용되었고, 특히 스마트 팩토리 분야에서 도입이 활발해요. 그런데 생산성 향상은 물론 사회문제 해결에 도움이 될 것으로 기대되면서 제조 외에 교통, 도시 분야까지 확대될 것으로 예상돼요. 디지털 트윈은 IoT, AR, VR, AI 등 기술 발전으로 제조, 전력, 항공, 자동차, 의료, 교통, 도시 등 산업 전반에 걸쳐 활용될 전망이에요.

▪ 스마트시티의 핵심기술, 디지털 트윈

디지털 트윈은 스마트시티의 핵심기술인데요. 스마트시티 서비스 구축을 위해서 디지털 트윈 기술로 서비스를 가상세계에 구현하고 문제점을 보완하여 현실에 적용해요.

싱가포르에서는 빌딩, 도로망, 수목, 강 등 도시 전체를 3D 가상 모델로 만들었고, 교통체계, 건축 등에 대한 시뮬레이션, 군중 분산, 교통 흐름, 보행자 이동패턴 등과 같은 다양한 목적의 시뮬레이션이 가능해요. 그리고 시민이 직접 참여하여 사회문제를 정의하고 해결하는 ‘버추얼 싱가포르’ 프로젝트를 2018년에 완료했어요.

서울시도 디지털 트윈으로 S-Map(Virtual Seoul) 전국 최초로 구축했어요. 도시개발 의사결정 뿐만 아니 건축물 설계 평가, 소방 IoT 센서, 바람길, 산불확산, 미세먼지, 열섬현상 등의 문제해결과 비대면 관광, 1900년대 한양, 전통시장 등의 가상체험에 활용할 계획이에요.

▪ 사람도 복제해서 치료 한다

프랑스 소프트웨어 업체 다쏘시스템은 인간 장기 ‘리빙하트‘를 가상에서 만들었어요

리빙하트는 사람의 심장을 디지털로 복제해서 가상 환경에서 미리 실험해 볼 수 있어요.

또한 필립스는 디지털 트윈으로 '디지털 환자'라는 가상 신체를 만들고 가상에서 임상 실험이나 수술을 할 수 있게 하는 기술을 개발했어요.

👩🏾‍🤝‍🧑🏻 기술수준과 앞으로의 전망은?

2025년까지 디지털 트윈은 제조분야가 주도하고 이후 자동차∙ 헬스케어 등 전 산업으로 본격 확산될 전망이에요. 가트너가 2019년 보고서에서 IoT의 2019 년 하이프 사이클에서 디지털 트윈은 ‘부풀려진 기대 정점(Peak of Inflated Expectations)’에 위치하고, 10년 안에 디지털 솔루션의 주요 설계 패턴이 될 것으로 전망했어요. 전 세계 디지털 트윈 시장은 2019년 38억 달러 규모에서 연평균성장률 37.87%의 높은 성장세를 보이며 2025년에는 358억 달러 규모에 이를 것으로 전망돼요.

👨🏽‍🤝‍👨🏻 우리 정부는 어떻게 하고 있을까?

코로나19로 디지털 전환(Digital Transformation)이 가속화됐는데요. 정부의 ‘한국판뉴딜 종합계획’ 10대 과제에 디지털 트윈이 포함된 만큼 디지털 전환의 핵심기술로 디지털 트윈이 떠오르고 있어요. 초기 비용이 많이 드는 만큼 국가에서 선도적으로 고정밀 3차원 공간정보, 디지털트윈 플랫폼 등을 추진·확산하고 사회문제 서비스를 민간에서 선도할 수 있도록 R&D를 추진할 계획이에요.

👩🏼‍🤝‍🧑🏿 참고문헌

- 국토교통부(2021). 국가 공간정보정책 시행계획

- 매거진한경(2018). ‘엔진에서 도시 개발까지’ 실용화되는 디지털 트윈 기술

- 서울시(2021). 서울시, 도시문제해결 시뮬레이션 '디지털 트윈 S-Map' 전국 최초 구축

- 서울시. Smart Seoul Map

- 신기술동향학회(2021). 디지털 트윈의 개념과 기술 및 산업 분야별 활용 사례

- 정부(2020). 한국판 뉴딜 종합계획

- 포스코(2018). 디지털 트윈 어떻게 전개될 것인가?

- ETRI(2021). 스마트 도시 실현을 위한 디지털 트윈 기술 동향

- KOTRA(2020). 포스트 코로나 시대, 4차 산업혁명은 어디로? ② 디지털 트윈

- Tech World(2015). 다쏘시스템, ‘리빙하트 프로젝트’ 첫 심장모델 상용화

스마트시티와 디지털 트윈 기술 동향 보러가기

📌 태양광 폐패널 순환경제 인프라 구축에 앞장서(ft. 한국에너지기술연구원)

탄소중립에 필수인 태양광과 순환경제, 두 마리 토끼를 한 번에 잡을 수 없을까요? 소모에너지를 추가로 대폭 줄여 저렴한 태양광 폐패널 재활용 기술을 개발했어요. 이번 연구는 ‘결정질 실리콘 태양전지 폐패널 재활용 기술’로 ㈜에이치에스티와 기술이전되었어요.

📌 배달라이더 상해보험료 전액지원…사망·상해·후유장해 등 보장(ft. 서울시)

배달노동자 산재보험 가입이 최근 의무화되었지만 사업주가 가입신청을 해야 하고 일반 산재보험과 달리 보혐료도 사업주-노동자가 반반 부담해야하는데요. 서울시가 배달노동자의 안전을 위해 민간단체 상해보험 보험료를 전액 지원하기로 했어요.

📌 탄소중립시대의 새로운 연금술, 재생에너지만으로 물을 암모니아로 !(ft. 한국기계연구원)

최근 암모니아는 탄소를 배출하지 않는 친환경 연료로 주목 받는대요. 재생에너지를 이용해 암모니아를 생산하는 공정을 개발했어요. 탄소를 전혀 배출하지 않는 암모니아 생산 공정이 탄소중립에 기여할 것으로 기대돼요. 이번 연구는 ACS Energy Letters에 발표됐어요. 👉 Plasma Catalyst-Integrated System for Ammonia Production from H2O an N2 at Atmospheric Pressure

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