Digitální kopie lidí, měst a krizí: jak vědci modelují budoucnost

Technologie z vesmíru: Jak digitální dvojče zachránilo Apollo 13

"Houstone máme problém." Mnoho lidí to zná

slavná fráze, ale ne každý ví, že problém hlášený posádkou lunární mise NASA Apollo 13 byl vyřešen prototypem digitálního dvojčete.

První dva dny letu Apolla 13 uplynulyklidně, až na pár malých překvapení, řekla vesmírná agentura. Operátor ve službě Joe Kerwin dokonce řekl: "Zemřeme tady nudou." Ale to bylo naposledy, co někdo zmínil nudu.

Několik minut po komunikační relaciexplodovala kyslíková láhev. Zhruba v tu chvíli zazněla známá věta: posádka nahlásila problémy kolegům z NASA. Astronauti viděli plyn z kyslíkové láhve vymrštěný do vesmíru vysokou rychlostí. Senzory později ukázaly ztrátu dvou ze tří palivových článků. Tím problémy mise neskončily, rozhodli se upustit od přistání na Měsíci. Hlavním úkolem inženýrů, kteří zůstali na Zemi, bylo urychleně zjistit, jak zachránit posádku, která se nachází ve vzdálenosti více než 320 tisíc km od nich.

Jakékoli špatné rozhodnutí může vést knenapravitelné následky, proto bylo nutné pro jistotu jednat. Specialisté NASA měli k dispozici 15 simulátorů, které sloužily k výcviku astronautů a dispečerů, k vypracování nejrůznějších scénářů včetně poruch. Letový ředitel NASA Gene Krantz řekl, že jednou z nejnáročnějších technologií v celém vesmírném programu byly simulace. Jediné, co bylo během výcviku skutečné, byla posádka, kokpit a ovládací panely. Všechno ostatní, jak poznamenal, bylo virtuální, vytvořené „hromadou počítačů, spoustou vzorců a šikovnými lidmi“.

Vrátit posádku do středu Zeměvedení potřebovalo zjistit, jak provozovat vážně poškozenou loď v konfiguraci velmi odlišné od té, pro kterou byly původně provedeny výpočty. Tým musel najít nové způsoby, jak ušetřit energii, kyslík a vodu, přijít na to, jak restartovat velitelský modul, který není určen k vypnutí ve vesmíru.

Samotný simulátor i ve spojení svšechny počítačové systémy nelze nazvat plnohodnotným digitálním dvojčetem. Způsob práce týmu NASA se ale dá přirovnat k tomu, jak fungují doubles: s pomocí simulátorů inženýři simulovali různé scénáře, které jim pomohly zvolit správnou strategii, jak dostat posádku zpět. Odborníci vyjmenovávají faktory, proč by systém, který NASA použila k záchraně posádky Apolla 13, mohl být považován za prototyp digitálního dvojčete.

  • Digitální dvojčata jsou nejužitečnější, kdyžspojené s fyzickými objekty nepřístupnými přímému lidskému vlivu. Vyžadují neustálou zpětnou vazbu od fyzického objektu k aktualizaci informací a rozhodování. V Apollu 13 hrála tuto roli komunikace;
  • Digitální dvojče by mělo stačitflexibilní reagovat na změny ve fyzickém objektu s ním spojené. NASA překonfigurovala simulátory během několika hodin, aby znovu vytvořila konfiguraci, pro kterou nebyla navržena;
  • Mise Apollo 13 neměla digitálnídouble: kosmická agentura použila 15 různých simulátorů k výpočtu různých detailů. Moderní digitální dvojčata se také skládají z mnoha vzájemně se ovlivňujících modelů.

NASA k tomu nyní používá digitální dvojčatavývoj doporučení, silničních map a lodí nové generace. „Konečným cílem digitálního dvojčete je stavět, testovat a stavět zařízení ve virtuálním prostředí. Teprve když dostaneme to, co odpovídá našim požadavkům, vytvoříme to fyzicky. Zároveň potřebujeme, aby byl objekt připojen k digitálnímu dvojčeti pomocí senzorů a aby digitální dvojče obsahovalo všechny informace o objektu,“ vysvětluje zaměstnanec NASA John Vickers.

Kde na Zemi lze digitální dvojčata použít?

Návrh digitálních dvojčat pomáhávyzkoušejte si předem více scénářů – na virtuálním modelu, nikoli na fyzickém objektu. Pomocí dvojčat je možné zvýšit energetickou účinnost budovy, optimalizovat její vliv na klima a získat informace o zatížení a poruchách zařízení. A je jedno, o jakém předmětu mluvíme – o obráběcím stroji, letadle nebo budově. Na rozdíl od klasických simulátorů digitální dvojčata využívají data v reálném čase. Kromě toho simulátor studuje jeden proces a dvojče může provádět různé počty simulací pro výpočty.

Například technologie digitálního dvojčetepoužívá Siemens. Společnost se na ně spoléhá, ​​že pomáhá navrhovat plynové turbíny, organizovat továrny nebo nové budovy, například ve svém ústředí ve Švýcarsku. Tato technologie pomohla vytvořit tříkolové elektrické vozidlo Solo od kanadského startupu Electra Meccanica. Inženýři předem otestovali a optimalizovali všechny prvky vozu pomocí digitálních dvojčat.

Kde se používají digitální dvojčata:

  • V průmyslu vznikají digitální dvojčata budov, technologických postupů i jednotlivých produktů;
  • Automobilky opouštějí nárazové testy nových modelů aut a nahrazují je virtuálními testy;
  • Ve stavebnictví distribuceobdržel BIM technologie. S jejich pomocí můžete vytvořit model nového dopravního uzlu a podívat se, jak jsou dopravní proudy rozloženy, simulovat nový dopravní vzorec pro chodce v blízkosti metra a vyhodnotit, jak je efektivní a zda dokáže zrychlit dopravu.

Kdo má v Rusku digitální dvojčata

V Rusku je digitalizace objektů známámobilní laboratoře "Yandex" a Google, které cestují po městech a pořizují panoramata. Vytváření digitálních kopií silnic a budov již dlouho lidem usnadňuje život tím, že jim umožňuje cestovat, sledovat dopravní zácpy a sledovat opravy podél cesty. Ale to je jen špička ledovce – dvojky mohou pomoci se složitější navigací.

Vývoj digitálních dvojčat v Rusku probíháRostec a GLONASS. Společnosti zahájily společný projekt, kdy sbírají data z videorekordérů a kombinují je s matematickým modelem silniční infrastruktury (stejné digitální dvojče) a daty ze silničních kamer. Umělá inteligence (AI) tento obrázek analyzuje a výsledky porovná s bezpečnostními standardy – šířkou vozovky a počtem jízdních pruhů, umístěním dopravních značek a semaforů. Program přiděluje každému úseku silnice hodnocení a dává doporučení pro jeho zlepšení.

AI již analyzovala téměř 3000 km silnic v regionu Orenburg a našla nejnebezpečnější úseky.

Co digitální nástroje umí:

  • snížit dopravní zácpy;
  • sledovat povětrnostní podmínky a podmínky prostředí;
  • využívat zdroje efektivněji;
  • simulovat výstavbu nových prvků silniční infrastruktury;
  • vypočítat možnosti organizace pohybu bezpilotních prostředků.

Další ruský projekt je mobilnílaboratoře společnosti „Digital Roads“. Automatizují a zrychlují proces digitalizace objektů silniční sítě natolik, že se infrastruktura se všemi změnami zobrazí v reálném čase. Systém umí zafixovat polohu objektů s přesností na 10 cm, určit jejich velikost a dokonce přečíst, co je na nich napsáno. Vývoj poskytne objektivní obraz o stavu infrastruktury a pomůže vést důkladnou evidenci všech objektů a změn, které se na nich vyskytují.

Síť mobilních laboratoří aDVR dokáže přečíst až 150 km za den. Systém digitalizuje objekty, hlásí nové a dočasné objekty a eviduje škody. Platforma uchovává a analyzuje historii jejich stavu, kontroluje reklamní nápisy a dokonce připravuje projekty řízení dopravy.

Kdo potřebuje digitální dvojčata?

Digitální dvojčata jsou velmi užitečná, ale ne potřebnávšechny procesy a společnosti. V některých případech vytvoření virtuální kopie objektu podle IBM zvýší jeho náklady, ale nepřinese požadovaný výsledek.

Podle výzkumníků je použití dvojípotřebné pro fyzicky velké a složité projekty, jako jsou budovy, mosty, proudové turbíny, automobily a letadla. Technologie bude užitečná pro energetické podniky a průmyslová odvětví.

Trh digitálního dvojčete se rychle rozšiřujeodborníci očekávají, že bude růst ještě minimálně několik let. V roce 2020 se tento trh odhadoval na 3,1 miliardy dolarů a do roku 2026 by podle odhadů některých analytiků mohl dosáhnout zhruba 48,2 miliardy dolarů.Mnoho společností a výzkumných ústavů teprve nedávno zhodnotilo jeho sílu. Nyní chtějí otestovat simulace rozsáhlých událostí – globálních finančních krizí, válek nebo dokonce lidí.

Přečtěte si více

Největší a nejvýkonnější větrný generátor je ve výstavbě. Poskytne energii 20 tisícům domácností

Experiment s atomovými hodinami potvrzuje gravitační rudý posuv

Dálkový screening plic byl stejně účinný jako vyšetření tváří v tvář