제조공정 디지털 트윈 모델
① 센서: 제조공정 전반에 걸쳐 배치된 센서들이 실세계의 물리적 프로세스에 대한 운영 및 환경 정보를 포착하는 신호 생성
② 데이터: 센서에서 생성된 실제 세계의 운영 및 환경 데이터는 기업의 다른 데이터들과 결합해 종합되는데, 기타 데이터에는 자재명세서, 기업시스템 정보, 설계 시방서, 엔지니어링 도안, 외부 데이터 피드 연결정보, 고객불만사항 등 포함
③ 종합: 센서는 종합 기술(통신 인터페이스, 보안기술 등 포함)을 통해 물리적 세계와 디지털 세계 간에 데이터 전송 수행
④ 애널리틱스: 애널리틱스 기법은 알고리즘 기반의 시뮬레이션과 시각화루틴을 통해 데이터를 분석하는 데 사용돼 인사이트 생성
⑤ 디지털 트윈: 그림에서 ‘디지털‘ 부분이 디지털 트윈이며, 앞의 구성 요소들을 결합해 물리적 세계 및 프로세스를 거의 실시간에 가까운 디지털모델로 생성. 모델의 목표는 최적값에서 벗어나는 허용 불가능한 오차를 다양한 차원에 걸쳐 파악하는 것. 이와 같은 오차 분석을 통해 비용 절감, 품질 개선, 높은 효율성 달성 등의 기회 파악. 분석 결과는 물리적 세계에서 행동으로 이어질 수 있음
⑥ 작동장치: 실제 세계에서 대응하기 위해 디지털 트윈은 작동장치를 통한행동 절차 생성, 작동장치는 물리적 프로세스 동작을 유발하는 사람이 개입해 통제 - P137
합성생물학은 아직 명확히 합의된 정의는 없지만, 일반적으로 생명의 구성 요소나 장치, 시스템을 새롭게 설계하고 제작하거나, 기존의 생명 시스템을 사용자의 목적에 맞게 재설계하는 학문 분야를 말한다.
‘설계‘와 ‘제작‘, ‘장치‘ 같은 말에서 알 수 있듯이 합성생물학은 생명체와 생명 시스템에 공학적 관점을 적용하는 분야다. - P151
물리학이나 화학은 어떤 현상이 발견되면 수학과 같은 틈을 통해단순화나 일반화를 할 수 있었다. 그래서 공학으로 발전해 산업에 활용되기가 쉬웠다. 하지만 생명체는 매우 복잡하고 또 다양했다. 그래서 생명과학은 다른 과학들처럼 산업 현장에서 보편적으로 활용할 수 있는공학으로 발전하기가 쉽지 않았다.
그런데 DNA가 발견되고 그 구조와 기능이 밝혀지자 생명과학도일반화·표준화를 할 수 있는 길이 열렸다. 컴퓨터가 0과 1의 이진법으로 작동하듯이 생명의 암호는 DNA라는 화학물질에서 비롯 DNA는 A(아데닌), G(구아닌), C(사이토신), T(티민)라는 네 가지 염기의 조합만으로 생명 정보를 만들어낸다. 이 정보는 다시 RNA를 통해 복제되고, 단백질이라는 최종 산물로 생명 시스템이 작동한다. ‘센트럴 도그마‘라고 하는 생명체의 작동 방식은 복잡하고 다양한 생명현상을 DNA와 이를 구현하는 시스템으로 단순화할 수 있도록 만들었다. - P152
이렇게 유전자 시스템을 바꿔 원하는 기능을 가진 생명체를 만드는 합성생물학의 방식을 ‘톱다운(Top-down)‘이라고 한다. 그런데 거꾸로 생명체의 구성 요소를 하나하나 결합해 새로운 인공 생명 시스템(인공세포)을 만드는 ‘보텀업(Bottom-up)‘ 방식의 합성생물학 연구도있다. - P156
대표적인 것이 대체육이다. 가장 유명한 대체육 개발업체는 2011녀 패트릭 브라운 미국 스탠퍼드대 생화학과 교수가 설립한 스타트업인임파서블 푸드‘다. 임파서블 푸드는 고기나 유제품, 생선 등 다양한 동물성 식품을 대체하기 위해 식물을 기반으로 한 식품을 개발하고 있다. 콩으로 고기 패티를 만든 ‘임파서블 버거‘가 대표적인 제품이다.
임파서블 버거 패티의 핵심은 ‘헴(heme)‘이다. 헴은 적혈구의 헤모글로빈을 구성하는 물질이다. 임파서블 푸드 연구팀은 연구를 통해 고기 맛을 내는 데 힘이 중요하다는 사실을 알아냈다. 헴이 산소와 결합해고기 특유의 붉은색과 향, 맛을 내기 때문이다. 하지만 임파서블 푸드는버거의 모든 재료를 식물을 기반으로 만들기를 원했기 때문에 고기에서 헴을 추출할 수는 없었다.
연구팀은 콩 뿌리에 있는 헴을 이용하기로 했다. 혈액에 있는 헤모글로빈처럼 콩과식물에는 레그헤모글로빈이 있는데, 여기에도 헴이있다. 임파서블 푸드 연구팀은 합성생물학 기술을 이용해 레그헤모글로빈을 대량으로 생산하는 효모를 만들었다. 여기서 추출한 형과 다른 식물성 성분으로 만들어진 임파서블 버거의 패티는 기존 소고기 패티에비해 토지를 96% 덜 쓰고, 온실가스는 89% 저감하는 효과가 있다.
합성생물학을 이용한 ‘대체 우유‘도 시판을 앞두고 있다. 미국의스타트업 ‘퍼펙트데이‘는 우유 단백질 합성 유전자를 끼워 넣은 미생물을 이용해 우유의 핵심 성분인 유청 단백질을 대량으로 생산하는 기술을 개발했다. 이렇게 만들어진 대체 우유는 소를 키울 필요가 없어 같은양의 우유 단백질을 생산할 때보다 온실가스 배출량을 97%, 물 소비를99%, 에너지를 60% 각각 절약할 수 있다. - P161
|