نسخ رقمية من الناس والمدن والأزمات: كيف يصمم العلماء المستقبل

التكنولوجيا من الفضاء: كيف أنقذ التوأم الرقمي أبولو 13

"هيوستن لدينا مشكلة." كثير من الناس على دراية بهذا

عبارة مشهورة، لكن لا يعلم الجميع أن المشكلة التي أبلغ عنها طاقم مهمة أبولو 13 القمرية التابعة لناسا قد تم حلها بواسطة نموذج أولي رقمي مزدوج.

مر أول يومين من رحلة أبولو 13بهدوء ، باستثناء بضع مفاجآت صغيرة ، قالت وكالة الفضاء. حتى أن العامل جو كيروين قال ، "سنموت من الملل هنا." لكن هذه كانت المرة الأخيرة التي ذكر فيها أي شخص الملل.

بعد دقائق قليلة من جلسة الاتصالانفجرت اسطوانة أكسجين. في تلك اللحظة ، بدت العبارة الشهيرة: أبلغ الطاقم عن المشكلات لزملائه في وكالة ناسا. رأى رواد الفضاء غازًا من أسطوانة أكسجين يتم إلقاؤها في الفضاء بسرعة عالية. وأظهرت أجهزة الاستشعار في وقت لاحق فقدان اثنتين من خلايا الوقود الثلاث. لم تنته مشاكل المهمة عند هذا الحد ، فقد قرروا التخلي عن الهبوط على القمر. كانت المهمة الرئيسية للمهندسين الذين بقوا على الأرض هي معرفة كيفية إنقاذ الطاقم الذي يقع على بعد أكثر من 320 ألف كيلومتر منهم بشكل عاجل.

أي قرار خاطئ يمكن أن يؤدي إلىعواقب لا يمكن إصلاحها ، لذلك كان من الضروري التصرف على وجه اليقين. كان لدى متخصصي ناسا 15 جهاز محاكاة تحت تصرفهم ، والتي تم استخدامها لتدريب رواد الفضاء والمرسلين ، لوضع مجموعة متنوعة من السيناريوهات ، بما في ذلك حالات الفشل. قال مدير الطيران في ناسا جين كرانتز إن إحدى أكثر التقنيات تحديًا في برنامج الفضاء بأكمله كانت المحاكاة. كل ما كان حقيقيًا أثناء التدريب هو الطاقم ، وقمرة القيادة ، ولوحات التحكم. كل شيء آخر ، كما أشار ، كان افتراضيًا ، تم إنشاؤه بواسطة "مجموعة من أجهزة الكمبيوتر والعديد من الصيغ والأشخاص المهرة."

لإعادة الطاقم إلى مركز الأرضتحتاج الإدارة إلى معرفة كيفية تشغيل سفينة تعرضت لأضرار بالغة في تكوين مختلف تمامًا عن التكوين الذي تم إجراء الحسابات من أجله في الأصل. كان على الفريق إيجاد طرق جديدة لتوفير الطاقة والأكسجين والماء ، واكتشاف كيفية إعادة تشغيل وحدة القيادة ، والتي لم يتم تصميمها للإغلاق في الفضاء.

المحاكاة نفسها ، حتى بالتزامن معلا يمكن تسمية جميع أنظمة الكمبيوتر بتوأم رقمي كامل. لكن الطريقة التي يعمل بها فريق ناسا يمكن مقارنتها بكيفية عمل المضاعفات: بمساعدة المحاكاة ، قام المهندسون بمحاكاة سيناريوهات مختلفة ساعدتهم على اختيار الإستراتيجية الصحيحة لاستعادة الطاقم. يسرد الخبراء العوامل التي تجعل النظام الذي استخدمته ناسا لإنقاذ طاقم أبولو 13 يمكن اعتباره نموذجًا أوليًا رقميًا توأمًا.

  • التوائم الرقمية هي الأكثر فائدة عندماالمرتبطة بالأشياء المادية التي لا يمكن الوصول إليها للتأثير البشري المباشر. إنها تتطلب ردود فعل مستمرة من الكائن المادي لتحديث المعلومات واتخاذ القرارات. وفي أبولو 13، لعبت الاتصالات هذا الدور؛
  • يجب أن يكون التوأم الرقمي كافياًمرنة للاستجابة للتغيرات في الكائن المادي المرتبط بها. أعادت ناسا تكوين أجهزة المحاكاة في غضون ساعات لإعادة تكوين تكوين لم يتم تصميمه من أجله؛
  • لم تكن مهمة أبولو 13 رقميةمزدوج: استخدمت وكالة الفضاء 15 جهاز محاكاة مختلفًا لحساب التفاصيل المختلفة. تتكون التوائم الرقمية الحديثة أيضًا من العديد من النماذج المتفاعلة.

ناسا تستخدم الآن التوائم الرقمية لتطوير التوصيات وخرائط الطريق وسفن الجيل الجديد. "الهدف النهائي من التوأم الرقمي هو بناء واختبار وبناء المعدات في بيئة افتراضية. فقط عندما نحصل على ما يلبي متطلباتنا ، فإننا ننشئه ماديًا. في الوقت نفسه ، نحتاج إلى توصيل الكائن بالتوأم الرقمي من خلال أجهزة استشعار وأن التوأم الرقمي يحتوي على جميع المعلومات حول الكائن ، "يوضح جون فيكرز ، موظف ناسا.

أين يمكن استخدام التوائم الرقمية على وجه الأرض؟

يساعد تصميم التوائم الرقميةجرب المزيد من السيناريوهات مسبقًا - على نموذج افتراضي ، وليس على كائن مادي. بمساعدة التوائم ، من الممكن زيادة كفاءة الطاقة للمبنى ، وتحسين التأثير على المناخ ، والحصول على معلومات حول الأحمال على الكائن والفشل. ولا يهم نوع الشيء الذي نتحدث عنه - أداة آلية أو طائرة أو مبنى. على عكس أجهزة المحاكاة الكلاسيكية ، تستخدم التوائم الرقمية بيانات في الوقت الفعلي. علاوة على ذلك ، يدرس جهاز المحاكاة عملية واحدة ، ويمكن للتوائم إجراء عدد مختلف من عمليات المحاكاة للحسابات.

تكنولوجيا التوأم الرقمي ، على سبيل المثاليستخدم سيمنز. تعتمد الشركة عليها للمساعدة في تصميم توربينات الغاز ، وتنظيم المصانع أو المباني الجديدة ، كما هو الحال في مقرها الرئيسي في سويسرا. ساعدت التكنولوجيا في إنشاء السيارة الكهربائية Solo ذات الثلاث عجلات من بدء التشغيل الكندي Electra Meccanica. قام المهندسون باختبار وتحسين جميع عناصر السيارة باستخدام التوائم الرقمية.

حيث يتم استخدام التوائم الرقمية:

  • في الصناعة، يتم إنشاء التوائم الرقمية للمباني والعمليات التكنولوجية وحتى المنتجات الفردية؛
  • وتتخلى شركات صناعة السيارات عن اختبارات التصادم لنماذج السيارات الجديدة، وتستبدلها باختبارات افتراضية؛
  • في صناعة البناء والتوزيعحصلت على تقنيات BIM. بمساعدتهم، يمكنك إنشاء نموذج لتقاطع نقل جديد ومعرفة كيفية توزيع تدفقات حركة المرور، ومحاكاة نمط مروري جديد للمشاة بالقرب من المترو وتقييم مدى فعاليته وما إذا كان يمكنه تسريع حركة المرور.

من لديه توائم رقمية في روسيا

تشتهر روسيا برقمنة الأشياءمختبرات الجوال "Yandex" و Google ، التي تتنقل حول المدن وتلتقط صورًا بانورامية. لطالما جعلت النسخ الرقمية للطرق والمباني الحياة أسهل على الناس من خلال السماح لهم بتوجيه المسار وتعقب الازدحام المروري وتتبع الإصلاحات على طول الطريق. لكن هذا مجرد غيض من فيض - يمكن أن يساعد الزوجي في التنقل الأكثر تعقيدًا.

يجري تطوير التوائم الرقمية في روسياروستك وجلوناس. أطلقت الشركات مشروعًا مشتركًا يجمعون فيه البيانات من مسجلات الفيديو ويجمعونها مع نموذج رياضي للبنية التحتية للطرق (نفس التوأم الرقمي) وبيانات من كاميرات الطريق. يحلل الذكاء الاصطناعي (AI) هذه الصورة ويقارن النتائج بمعايير السلامة - عرض الطريق وعدد الممرات ومواقع إشارات الطرق وإشارات المرور. يعين البرنامج تصنيفًا لكل قسم من الطريق ويقدم توصيات لتحسينه.

لقد حلل الذكاء الاصطناعي بالفعل ما يقرب من 3000 كيلومتر من الطرق في منطقة أورينبورغ ووجد أخطر الأقسام.

ما يمكن أن تفعله الأدوات الرقمية:

  • تقليل الازدحام المروري.
  • مراقبة الطقس والظروف البيئية؛
  • استخدام الموارد بشكل أكثر كفاءة؛
  • محاكاة بناء عناصر جديدة للبنية التحتية للطرق؛
  • حساب خيارات تنظيم حركة المركبات غير المأهولة.

مشروع روسي آخر متنقلمختبرات شركة "ديجيتال رودز". إنها تعمل على أتمتة وتسريع عملية رقمنة كائنات شبكة الطرق لدرجة أنه سيتم عرض البنية التحتية مع جميع التغييرات في الوقت الفعلي. يمكن للنظام تحديد موقع الأشياء بدقة 10 سم وتحديد حجمها وحتى قراءة ما هو مكتوب عليها. سيوفر التطوير صورة موضوعية لحالة البنية التحتية ويساعد في الاحتفاظ بسجل شامل لجميع الكائنات والتغييرات التي تحدث لهم.

شبكة من المعامل المتنقلة ويمكن أن تقرأ مسجلات الفيديو الرقمية ما يصل إلى 150 كم في اليوم. يقوم النظام برقمنة الكائنات ، والإبلاغ عن الأشياء الجديدة والمؤقتة ، وتسجيل الأضرار. تخزن المنصة وتحلل تاريخ حالتهم ، وتتحكم في اللافتات الإعلانية وحتى تعد مشاريع إدارة حركة المرور.

من يحتاج إلى توائم رقمية؟

التوائم الرقمية مفيدة للغاية ، ولكن ليست هناك حاجة لهاجميع العمليات والشركات. في بعض الحالات ، يؤدي إنشاء نسخة افتراضية من عنصر إلى زيادة تكلفته ، ولكنه لن يؤدي إلى النتيجة المرجوة ، وفقًا لخبراء IBM.

وفقا للباحثين ، فإن استخدام مزدوجاللازمة للمشاريع الكبيرة والمعقدة ماديًا مثل المباني والجسور والتوربينات النفاثة والسيارات والطائرات. ستكون التكنولوجيا مفيدة لمؤسسات الطاقة والصناعات.

يتوسع سوق التوأم الرقمي بسرعة وسيستمر النمو لعدة سنوات أخرى على الأقل ، كما يتوقع الخبراء. في عام 2020 ، قُدرت هذه السوق بـ 3.1 مليار دولار ، وبحلول عام 2026 ، وفقًا لتوقعات بعض المحللين ، قد تصل إلى حوالي 48.2 مليار دولار.وقد قيمت العديد من الشركات والمعاهد البحثية قوتها مؤخرًا فقط. الآن يريدون اختبار محاكاة الأحداث واسعة النطاق - الأزمات المالية العالمية ، أو الحروب ، أو حتى البشر.

قراءة المزيد

أكبر وأقوى مولد للرياح قيد الإنشاء. سيوفر الطاقة لـ 20 ألف منزل

تؤكد تجربة الساعة الذرية انزياح الجاذبية إلى الأحمر

كان فحص الرئة عن بعد بنفس فعالية الفحص وجهاً لوجه