Дигитални копия на хора, градове и кризи: как учените моделират бъдещето

Технология от космоса: как цифровият близнак спаси Аполо 13

"Хюстън имаме проблем." Много хора са запознати с това

известна фраза, но не всеки знае, че проблемът, докладван от екипажа на лунната мисия на НАСА Аполо 13, е решен от цифров прототип близнак.

Първите два дни от полета на Аполо 13тихо, с изключение на няколко дребни изненади, казаха от космическата агенция. Дежурният оператор Джо Кервин дори каза: „Тук ще умрем от скука“. Но това беше последният път, когато някой спомена за скуката.

Няколко минути след сесиятакислородният резервоар избухна. Около този момент прозвуча известната фраза: екипажът съобщи за проблемите на колеги от НАСА. Астронавтите видяха как газ от кислороден цилиндър се изхвърля в космоса с висока скорост. По-късно сензорите показаха загубата на две от трите горивни клетки. Проблемите на мисията не свършиха дотук, те решиха да се откажат от кацането на Луната. Основната задача на инженерите, които останаха на Земята, беше спешно да разберат как да спасят екипажа, който се намира на разстояние повече от 320 хиляди км от тях.

Всяко грешно решение може да доведе донепоправими последици, така че е необходимо да се действа със сигурност. Специалистите на НАСА разполагаха с 15 симулатора, които използваха за обучение на астронавти и контролери, за разработване на различни сценарии, включително откази. Директорът на полетите на НАСА Джийн Кранц каза, че една от най-сложните технологии в цялата космическа програма са симулатори. Всичко, което беше истинско по време на обучението, беше екипажът, пилотската кабина и контролните панели. Всичко останало, отбеляза той, е виртуално, създадено от „много компютри, много формули и опитни хора“.

Да върнем екипажа в центъра на Земятаръководството трябваше да разбере как да се движи в сериозно повреден кораб в конфигурация, много различна от тази, за която първоначално са направени изчисленията. Екипът трябваше да намери нови начини за пестене на енергия, кислород и вода, да разбере как да рестартира командния модул, който не е предназначен да се изключва в космоса.

Самият симулатор, дори във връзка сВсички компютърни системи не могат да се нарекат пълноценен цифров близнак. Но начинът, по който работи екипът на НАСА, може да се сравни с начина, по който работят двойниците: с помощта на симулатори инженерите симулираха различни сценарии, които им помогнаха да изберат правилната стратегия за връщане на екипажа. Експертите изброяват фактори, поради които системата, използвана от НАСА за спасяване на екипажа на Аполо 13, може да се счита за прототип на цифров близнак.

  • Цифровите близнаци са най-полезни, когатосвързани с физически обекти, недостъпни за пряко човешко влияние. Те изискват постоянна обратна връзка от физическия обект, за да актуализират информацията и да вземат решения. В Аполо 13 комуникациите изиграха тази роля;
  • Цифров близнак трябва да е достатъченгъвкав, за да реагира на промените във физическия обект, свързан с него. НАСА преконфигурира симулаторите за няколко часа, за да пресъздаде конфигурация, за която не е проектирана;
  • Мисията на Аполо 13 не беше цифровадвойно: космическата агенция използва 15 различни симулатора за изчисляване на различни детайли. Съвременните цифрови близнаци също се състоят от много взаимодействащи си модели.

НАСА вече използва цифрови близнаци заразработване на препоръки, пътни карти и кораби от ново поколение. „Крайната цел на цифровия близнак е да създава, тества и изгражда хардуер във виртуална среда. Само когато получим нещо, което отговаря на нашите изисквания, ние го създаваме физически. В същото време се нуждаем обектът да бъде свързан с цифровия близнак чрез сензори и цифровият близнак да съдържа цялата информация за обекта “, обяснява служителят на НАСА Джон Викърс.

Къде на Земята могат да се използват цифрови близнаци?

Дигиталните близнаци помагат в дизайнаизпробвайте повече сценарии предварително - на виртуален модел, а не на физически обект. С помощта на близнаци е възможно да се повиши енергийната ефективност на сградата, да се оптимизира въздействието върху климата и да се получи информация за натоварванията на съоръжението и повредите. И няма значение за какъв обект говорим - за машина, самолет или сграда. За разлика от класическите симулации, цифровите близнаци използват данни в реално време. Освен това симулаторът изучава един процес, а близнакът може да изпълнява различен брой симулации за изчисления.

Дигитална технология близнак, напр.използва Siemens. Компанията ги използва за проектиране на газови турбини, операции на заводи или нови сгради, като централата си в Швейцария. Технологията помогна за създаването на триколесното електрическо превозно средство Solo от канадската стартираща компания Electra Meccanica. Инженерите преди това са тествали и оптимизират всички елементи на автомобила с помощта на цифрови близнаци.

Къде се използват цифрови близнаци?

  • В индустрията се създават цифрови близнаци на сгради, технологични процеси и дори отделни продукти;
  • Автомобилните производители изоставят краш тестовете на нови модели автомобили, заменяйки ги с виртуални тестове;
  • В строителния бранш, дистрибуцияполучи BIM технологии. С тяхна помощ можете да създадете модел на нов транспортен възел и да видите как се разпределят транспортните потоци, да симулирате нов модел на движение на пешеходци в близост до метрото и да оцените колко е ефективен и дали може да ускори трафика.

Кой има дигитални близнаци в Русия

В Русия дигитализацията на обекти е известна благодарение намобилни лаборатории на "Яндекс" и Google, които обикалят градовете и снимат панорами. Създаването на цифрови копия на пътища и сгради отдавна улеснява живота на хората, позволявайки ви да получавате упътвания, да проследявате задръствания и ремонти по пътя. Но това е само върхът на айсберга - двойките могат да помогнат при по-сложна навигация.

Разработването на цифрови близнаци в Русия се извършва отРостех и ГЛОНАСС. Компаниите стартираха съвместен проект, в който събират данни от видеорегистратори и ги комбинират с математически модел на пътната инфраструктура (същият цифров близнак) и данни от камери за движение. Изкуственият интелект (AI) анализира тази картина и сравнява резултатите със стандартите за безопасност - ширината на пътното платно и броя на лентите, местоположението на пътните знаци и светофарите. Програмата дава оценка на всеки участък от пътя и дава препоръки за подобряването му.

AI вече анализира почти 3000 км пътища в района на Оренбург и откри най-опасните участъци.

Какво може да се направи с дигитални инструменти:

  • намаляване на задръстванията;
  • следете метеорологичните условия и условията на околната среда;
  • използват ресурсите по-ефективно;
  • симулира изграждането на нови елементи от пътната инфраструктура;
  • изчисляване на варианти за организиране на движението на безпилотни превозни средства.

Друг руски проект е мобиленлаборатории на фирма Digital Roads. Те автоматизират и ускоряват процеса на цифровизиране на обекти от пътната мрежа, така че инфраструктурата с всички промени да се показва в реално време. Системата може да фиксира местоположението на обектите с точност до 10 см, да определя размера им и дори да чете какво е написано върху тях. Разработката ще даде обективна картина на състоянието на инфраструктурата и ще спомогне за задълбочено отчитане на всички обекти и настъпващите с тях промени.

Мрежа от мобилни лаборатории иDVR може да чете до 150 км на ден. Системата дигитализира обекти, отчита нови и временни обекти, отстранява повреди. Платформата съхранява и анализира историята на тяхното състояние, контролира рекламните табели и дори подготвя проекти за управление на трафика.

Кой има нужда от дигитални близнаци?

Дигиталните близнаци са много полезни, но не завсички процеси и компании. В някои случаи създаването на виртуално копие на обект ще увеличи цената му, но няма да даде желания резултат, смятат експертите на IBM.

Според изследователите, използването на близнакнеобходими за физически големи и сложни проекти като сгради, мостове, реактивни турбини, автомобили и самолети. Технологията ще бъде полезна за енергийни предприятия и индустрии.

Пазарът на дигитални близнаци се разширява бързо ище продължи да расте поне още няколко години, очакват експертите. През 2020 г. този пазар се оценяваше на $3,1 млрд., а до 2026 г. според някои анализатори може да достигне около $48,2 млрд. Силата му едва наскоро беше оценена от много компании и изследователски институции. Сега те искат да тестват симулирани мащабни събития - глобални финансови кризи, войни или дори хора.

Прочетете още

Най -големият и най -мощен вятърен генератор е в процес на изграждане. Той ще доставя енергия на 20 хиляди домове

Експериментът с атомен часовник потвърждава гравитационното червено изместване

Дистанционният скрининг на белите дробове беше също толкова ефективен, колкото и прегледът лице в лице