모델과 모델링
모델(Model)과 모델링(Modeling)의 개요
모델과 모델링을 우리나라 말로 쓴다면 모형과 모형화하고 할 수 있습니다. 모델링(Modeling)은 모델을 만드는 과정이고, 모형화는 모형을 만드는 과정입니다. 모델이나 모형은 개념을 구체화한 것입니다. 예를 들면, 사과에 대한 모델이나 모형은 사실적 묘사를 하거나 사과 모양의 아이콘을 이용하거나 또는 빨간색 동그라미로 표현하는 것입니다. 어떤 것을 사용하더라도 사과라는 개념을 표현하는 것에 문제가 되지 않습니다.
추상적인 개념인 사랑을 표현하는 모델 또는 모형도 여러가지로 표현할 수 있습니다. 단순한 박스에 사랑이라는 글자 또는 하트 모양으로 표현할 수 있습니다. 어떤 것을 사용하더라도 사랑이라는 추상적인 개념을 전달하는 것에 문제가 되지 않습니다.
우리는 모델 또는 모형이라는 개념을 정확히 알지 못해도 자연스럽게 수없이 사용합니다. 발표를 하거나 설명을 할 때 종이나 파워포인트 슬라이드에 청중이 이해할 수 있도록 개념을 모형화합니다. 모델링은 개념을 구체화하는 것에 한발 더 나아가 원리를 구체적으로 설명하기 위해 그림 또는 수식으로 표현하기도 합니다. 예를 들면, 힘의 크기를 설명하는 수식은 다음과 같습니다. 자동차의 무게와 가속도를 곱하면 힘의 크기를 나타냅니다.
필립 볼은 모델링을 다음과 같이 정의합니다.
현실의 과학적인 기술이나 실제를 다 포착할 수 없습니다. 모델링은 모든 것을 포착하지 않습니다. 이것은 과학의 결점이 아니라 강점입니다. 왜냐하면 모델은 과학자가 난해한 세부사항에 집착하지 않고 유용한 예측을 하도록 유도합니다. 과학들의 예술(Art)은 상당 부분이 한 모델에 무엇을 추가하거나 제거하는 것을 알아내는 것입니다.
즉, 모델링은 현상과 완전히 동일하게 복제하는 것이 아니라 문제를 단순화하여 핵심을 짚어내는 과정입니다. 어떤 시스템이나 현상을 가장 잘 표현하는 것들로 모델링합니다.
부르즈 알 아랍 호텔 모델링 사례
부르즈 알 아랍 호텔은 아랍에미레이트의 수도 두바이에 위치한 최고급 호텔입니다. 주메이라 해변에 인공섬을 만들어 호텔을 짓고 교량을 연결하였습니다. 배의 돛을 형상화한 호텔의 하루 숙박비는 약 백만 원 정도로 아주 비싼 육성급 호텔입니다.
과학자들은 부르즈 알 아랍 호텔이 지진과 진동에 견딜 수 있도록 설계할 때 복잡한 건물을 어떻게 모델링하였을 까요? 가장 단순한 형태로 표현하였습니다. 호텔은 건물의 총질량을 가진 네모난 박스를 표현하고, 지진과 진동에 견딜 수 있는 건물의 탄성은 스프링으로 표현하였습니다. 베란다와 피뢰침을 네모난 박스 형태의 모델에 추가한다고 해서 질량에 따른 탄성을 계산하는 과정에 큰 영향을 미치지 않기 때문입니다. 과학은 세부적인 모든 것을 고려하려고 하지 않습니다. 모델은 원하는 결과를 얻기 위한 단순한 표현으로도 충분합니다. 마지막으로 건물이 진동과 지진에 따른 탄성을 계산하여 설계에 반영합니다.
문제를 이해하는 방식, 모델링
모델링의 정의를 좀 더 들여다보면, 모델링이란 모델을 만드는 과정이고, 모델은 특정 개념이나 시스템의 구성이나 작용 방식을 재현한 것입니다. 실제 현실을 복제하여 미래를 예측합니다. 예를 들어, 부르즈 알 아랍 호텔 사례에서 탄성을 계산하는 공식을 바탕으로 바람과 지진에 의한 진동이 발생했을 때 건물이 어떻게 움직일지 어느 정도의 탄성이 필요할지를 시뮬레이션합니다.
이런 복잡한 모델링은 COVID-19 신종 코로나 바이러스의 감염 정도를 모델링하고 시물레이션으로 구현하기도 합니다.
참고자료
시스템 다이내믹스 신호상 교수님 강의 자료에서 발췌
