Digitale kopier af mennesker, byer og kriser: hvordan videnskabsmænd modellerer fremtiden

Teknologi fra rummet: hvordan den digitale tvilling reddede Apollo 13

"Houston, vi har et problem." Mange mennesker er bekendt med dette

berømt sætning, men ikke alle ved, at problemet rapporteret af besætningen på NASAs Apollo 13 månemission blev løst af en digital tvillingprototype.

De første to dage af Apollo 13-flyvningenstille og roligt, bortset fra et par mindre overraskelser, sagde rumfartsorganisationen. Den vagthavende operatør, Joe Kerwin, sagde endda: "Vi kommer til at dø af kedsomhed her." Men det var sidste gang nogen nævnte kedsomhed.

Et par minutter efter sessionenilttanken eksploderede. Omkring det øjeblik lød den berømte sætning: besætningen rapporterede problemerne til kolleger fra NASA. Astronauterne så gas fra en ilttank blive kastet ud i rummet med høj hastighed. Senere viste sensorer tab af to af de tre brændselsceller. Problemerne med missionen sluttede ikke der, de besluttede at opgive landingen på månen. Hovedopgaven for de ingeniører, der forblev på Jorden, var hurtigt at finde ud af, hvordan man reddede besætningen, som er placeret i en afstand af mere end 320 tusinde km fra dem.

Enhver forkert beslutning kan føre tiluoprettelige konsekvenser, så det var nødvendigt at handle med sikkerhed. NASA-specialister havde 15 simulatorer til deres rådighed, som de brugte til at træne astronauter og controllere til at udarbejde forskellige scenarier, herunder fejl. NASAs flydirektør Gene Krantz sagde, at en af ​​de mest komplekse teknologier i hele rumprogrammet var simulatorer. Det eneste, der var reelt under træningen, var besætningen, cockpittet og kontrolpanelerne. Alt andet, bemærkede han, var virtuelt, skabt af "en masse computere, en masse formler og dygtige mennesker."

For at returnere besætningen til Jordens centerledelsen skulle finde ud af, hvordan man navigerer et alvorligt beskadiget skib i en konfiguration, der er meget forskellig fra den, som beregningerne oprindeligt blev foretaget for. Holdet skulle finde nye måder at spare på energi, ilt og vand, finde ud af, hvordan man genstarter kommandomodulet, som ikke er designet til at lukke ned i rummet.

Selve simulatoren, også i forbindelse medAlle computersystemer kan ikke kaldes en fuldgyldig digital tvilling. Men den måde, NASA-holdet fungerer på, kan sammenlignes med den måde, dobbeltgængere arbejder på: Ved hjælp af simulatorer simulerede ingeniørerne forskellige scenarier, der hjalp dem med at vælge den rigtige strategi for at returnere besætningen. Eksperter opregner faktorer, hvorfor systemet brugt af NASA til at redde besætningen på Apollo 13 kan betragtes som en prototype digital tvilling.

  • Digitale tvillinger er mest nyttige nårforbundet med fysiske genstande, der er utilgængelige for direkte menneskelig påvirkning. De kræver konstant feedback fra det fysiske objekt for at opdatere information og træffe beslutninger. I Apollo 13 spillede kommunikation denne rolle;
  • En digital tvilling burde være nokfleksibel til at reagere på ændringer i det fysiske objekt forbundet med det. NASA omkonfigurerede simulatorer i løbet af få timer for at genskabe en konfiguration, der ikke var designet til;
  • Apollo 13-missionen havde ikke digitaldobbelt: rumfartsorganisationen brugte 15 forskellige simulatorer til at beregne forskellige detaljer. Moderne digitale tvillinger består også af mange interagerende modeller.

NASA bruger nu digitale tvillinger tiludvikling af anbefalinger, køreplaner og ny generations skibe. "Det ultimative mål med den digitale tvilling er at skabe, teste og bygge hardware i et virtuelt miljø. Først når vi får noget, der opfylder vores krav, skaber vi det fysisk. Samtidig har vi brug for, at objektet forbindes til den digitale tvilling gennem sensorer, og at den digitale tvilling indeholder al information om objektet,” forklarer NASA-medarbejder John Vickers.

Hvor i alverden kan digitale tvillinger bruges?

Digitale tvillinger hjælper med designprøv flere scenarier på forhånd - på en virtuel model, ikke på et fysisk objekt. Ved hjælp af tvillinger er det muligt at øge energieffektiviteten i en bygning, optimere påvirkningen af ​​klimaet og få information om belastninger på anlægget og svigt. Og det er lige meget, hvilken slags genstand vi taler om - et værktøjsmaskine, et fly eller en bygning. I modsætning til klassiske simuleringer bruger digitale tvillinger realtidsdata. Desuden studerer simulatoren én proces, og tvillingen kan køre et andet antal simuleringer til beregninger.

Digital tvillingeteknologi, f.eks.bruger Siemens. Virksomheden bruger dem til at designe gasturbiner, anlægsdrift eller nye bygninger, såsom hovedkvarteret i Schweiz. Teknologien hjalp med at skabe Solo trehjulede elektriske køretøjer fra den canadiske startup Electra Meccanica. Ingeniører har tidligere testet og optimeret alle elementer i bilen ved hjælp af digitale tvillinger.

Hvor bruges digitale tvillinger?

  • I industrien skabes digitale tvillinger af bygninger, teknologiske processer og endda individuelle produkter;
  • Bilproducenter opgiver crashtest af nye bilmodeller og erstatter dem med virtuelle tests;
  • I byggebranchen distributionmodtaget BIM-teknologier. Med deres hjælp kan du lave en model af en ny transportknudepunkt og se, hvordan trafikstrømmene fordeler sig, simulere et nyt trafikmønster for fodgængere nær metroen og vurdere, hvor effektivt det er, og om det kan sætte fart på trafikken.

Hvem har digitale tvillinger i Rusland

I Rusland er digitaliseringen af ​​objekter kendt takket væremobile laboratorier af "Yandex" og Google, som rejser rundt i byerne og skyder panoramaer. At skabe digitale kopier af veje og bygninger har længe gjort livet lettere for folk, hvilket giver dig mulighed for at få rutevejledning, spore trafikpropper og reparationer undervejs. Men dette er kun toppen af ​​isbjerget - doubler kan hjælpe med mere kompleks navigation.

Udviklingen af ​​digitale tvillinger i Rusland udføres afRostec og GLONASS. Virksomhederne lancerede et fælles projekt, hvor de indsamler data fra videooptagere og kombinerer dem med en matematisk model af vejinfrastrukturen (den samme digitale tvilling) og data fra trafikkameraer. Kunstig intelligens (AI) analyserer dette billede og sammenligner resultaterne med sikkerhedsstandarder - bredden af ​​kørebanen og antallet af kørebaner, placeringen af ​​vejskilte og trafiklys. Programmet tildeler en vurdering til hver sektion af vejen og giver anbefalinger til forbedringer.

AI har allerede analyseret næsten 3.000 km veje i Orenburg-regionen og fundet de farligste sektioner.

Hvad kan gøres med digitale værktøjer:

  • reducere trafikpropper;
  • overvåge vejr- og miljøforhold;
  • bruge ressourcer mere effektivt;
  • simulere konstruktionen af ​​nye elementer i vejinfrastrukturen;
  • beregne muligheder for at organisere bevægelsen af ​​ubemandede køretøjer.

Et andet russisk projekt er mobiltlaboratorier i virksomheden Digitale Veje. De automatiserer og fremskynder processen med at digitalisere vejnets objekter, så infrastrukturen med alle ændringer vil blive vist i realtid. Systemet kan fikse objekters placering med en nøjagtighed på 10 cm, bestemme deres størrelse og endda læse, hvad der står på dem. Udviklingen vil give et objektivt billede af infrastrukturens tilstand og vil medvirke til at holde et grundigt regnskab med alle objekter og de ændringer, der sker med dem.

Netværk af mobile laboratorier ogDVR'er kan læse op til 150 km om dagen. Systemet digitaliserer objekter, rapporterer nye og midlertidige objekter, udbedrer skader. Platformen gemmer og analyserer historien om deres tilstand, kontrollerer reklameskilte og forbereder endda trafikstyringsprojekter.

Hvem har brug for digitale tvillinger?

Digitale tvillinger er meget nyttige, men ikke tilalle processer og virksomheder. I nogle tilfælde vil det at skabe en virtuel kopi af et objekt øge omkostningerne, men vil ikke give det ønskede resultat, mener IBM-eksperter.

Ifølge forskerne er brugen af ​​en tvillingkræves til fysisk store og komplekse projekter såsom bygninger, broer, jetturbiner, biler og fly. Teknologien vil være nyttig for energivirksomheder og industrier.

Markedet for digitale tvillinger ekspanderer hurtigt ogvil fortsætte med at vokse i mindst et par år endnu, forventer eksperter. I 2020 blev dette marked anslået til 3,1 milliarder dollars, og i 2026 kan det ifølge nogle analytikere nå op på omkring 48,2 milliarder dollars. Mange virksomheder og forskningsinstitutioner har først for nylig vurderet dets styrke. Nu vil de teste simulerede begivenheder i stor skala - globale finansielle kriser, krige eller endda mennesker.

Læs mere

Den største og mest kraftfulde vindgenerator er under opførelse. Det vil levere energi til 20 tusinde hjem

Atomurforsøg bekræfter tyngdekraftens rødforskydning

Fjernscreening af lunge var lige så effektiv som en ansigt-til-ansigt undersøgelse