Ψηφιακά αντίγραφα ανθρώπων, πόλεων και κρίσεων: πώς οι επιστήμονες διαμορφώνουν το μέλλον

Τεχνολογία από το διάστημα: πώς το ψηφιακό δίδυμο έσωσε το Apollo 13

«Χιούστον, έχουμε πρόβλημα». Πολλοί άνθρωποι είναι εξοικειωμένοι με αυτό

διάσημη φράση, αλλά δεν γνωρίζουν όλοι ότι το πρόβλημα που ανέφερε το πλήρωμα της σεληνιακής αποστολής Apollo 13 της NASA λύθηκε από ένα ψηφιακό δίδυμο πρωτότυπο.

Οι δύο πρώτες ημέρες της πτήσης Apollo 13αθόρυβα, εκτός από μερικές μικρές εκπλήξεις, είπε η διαστημική υπηρεσία. Ο χειριστής της υπηρεσίας, Τζο Κέργουιν, είπε μάλιστα: «Εδώ θα πεθάνουμε από την πλήξη». Αλλά αυτή ήταν η τελευταία φορά που κάποιος ανέφερε την πλήξη.

Λίγα λεπτά μετά τη συνεδρίαη δεξαμενή οξυγόνου εξερράγη. Εκείνη τη στιγμή ακούστηκε η περίφημη φράση: το πλήρωμα ανέφερε τα προβλήματα σε συναδέλφους της NASA. Οι αστροναύτες είδαν αέριο από μια δεξαμενή οξυγόνου να εκτοξεύεται στο διάστημα με μεγάλη ταχύτητα. Αργότερα, οι αισθητήρες έδειξαν την απώλεια δύο από τις τρεις κυψέλες καυσίμου. Τα προβλήματα της αποστολής δεν τελείωσαν εκεί, αποφάσισαν να εγκαταλείψουν την προσγείωση στο φεγγάρι. Το κύριο καθήκον των μηχανικών που παρέμειναν στη Γη ήταν να καταλάβουν επειγόντως πώς να σώσουν το πλήρωμα, το οποίο βρίσκεται σε απόσταση μεγαλύτερη από 320 χιλιάδες χιλιόμετρα από αυτούς.

Οποιαδήποτε λανθασμένη απόφαση μπορεί να οδηγήσει σεανεπανόρθωτες συνέπειες, οπότε ήταν απαραίτητο να δράσουμε με βεβαιότητα. Οι ειδικοί της NASA είχαν στη διάθεσή τους 15 προσομοιωτές, τους οποίους χρησιμοποίησαν για να εκπαιδεύσουν αστροναύτες και ελεγκτές, για να επεξεργαστούν διάφορα σενάρια, συμπεριλαμβανομένων των αποτυχιών. Ο διευθυντής πτήσης της NASA Τζιν Κραντς είπε ότι μία από τις πιο περίπλοκες τεχνολογίες σε ολόκληρο το διαστημικό πρόγραμμα ήταν οι προσομοιωτές. Το μόνο που ήταν πραγματικό κατά τη διάρκεια της εκπαίδευσης ήταν το πλήρωμα, το πιλοτήριο και οι πίνακες ελέγχου. Όλα τα άλλα, σημείωσε, ήταν εικονικά, δημιουργήθηκαν από «πολλούς υπολογιστές, πολλές φόρμουλες και επιδέξιους ανθρώπους».

Να επιστρέψει το πλήρωμα στο κέντρο της ΓηςΗ διοίκηση χρειάστηκε να καταλάβει πώς να πλοηγηθεί ένα πλοίο που είχε υποστεί σοβαρές ζημιές σε μια διαμόρφωση πολύ διαφορετική από αυτή για την οποία έγιναν αρχικά οι υπολογισμοί. Η ομάδα έπρεπε να βρει νέους τρόπους εξοικονόμησης ενέργειας, οξυγόνου και νερού, να βρει πώς να επανεκκινήσει τη μονάδα εντολών, η οποία δεν έχει σχεδιαστεί για να κλείνει στο διάστημα.

Ο ίδιος ο προσομοιωτής, ακόμη και σε συνδυασμό μεΌλα τα συστήματα υπολογιστών δεν μπορούν να ονομαστούν ένα πλήρες ψηφιακό δίδυμο. Αλλά ο τρόπος με τον οποίο λειτουργεί η ομάδα της NASA είναι αρκετά συγκρίσιμος με τον τρόπο λειτουργίας των doppelgangers: χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις, οι μηχανικοί προσομοίωσαν διάφορα σενάρια που τους βοήθησαν να επιλέξουν τη σωστή στρατηγική για να επιστρέψουν το πλήρωμα. Οι ειδικοί απαριθμούν παράγοντες για τους οποίους το σύστημα που χρησιμοποιεί η NASA για τη διάσωση του πληρώματος του Apollo 13 μπορεί να θεωρηθεί πρωτότυπο ψηφιακό δίδυμο.

  • Τα ψηφιακά δίδυμα είναι πιο χρήσιμα ότανσυνδέονται με φυσικά αντικείμενα απρόσιτα για άμεση ανθρώπινη επιρροή. Απαιτούν συνεχή ανατροφοδότηση από το φυσικό αντικείμενο για την ενημέρωση των πληροφοριών και τη λήψη αποφάσεων. Στο Apollo 13, οι επικοινωνίες έπαιξαν αυτόν τον ρόλο.
  • Ένα ψηφιακό δίδυμο θα πρέπει να είναι αρκετόευέλικτο να ανταποκρίνεται σε αλλαγές στο φυσικό αντικείμενο που σχετίζεται με αυτό. Η NASA αναδιαμόρφωσε προσομοιωτές μέσα σε λίγες ώρες για να δημιουργήσουν εκ νέου μια διαμόρφωση που δεν είχε σχεδιαστεί για.
  • Η αποστολή Apollo 13 δεν είχε ψηφιακήδιπλό: η διαστημική υπηρεσία χρησιμοποίησε 15 διαφορετικούς προσομοιωτές για να υπολογίσει διάφορες λεπτομέρειες. Τα σύγχρονα ψηφιακά δίδυμα αποτελούνται επίσης από πολλά μοντέλα αλληλεπίδρασης.

Η NASA χρησιμοποιεί τώρα ψηφιακά δίδυμα για ναανάπτυξη συστάσεων, οδικών χαρτών και πλοίων νέας γενιάς. «Ο απώτερος στόχος του ψηφιακού δίδυμου είναι η δημιουργία, η δοκιμή και η κατασκευή υλικού σε ένα εικονικό περιβάλλον. Μόνο όταν παίρνουμε κάτι που ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις μας, το δημιουργούμε φυσικά. Ταυτόχρονα, χρειαζόμαστε το αντικείμενο να συνδεθεί με το ψηφιακό δίδυμο μέσω αισθητήρων και το ψηφιακό δίδυμο να περιέχει όλες τις πληροφορίες για το αντικείμενο », εξηγεί ο John Vickers, υπάλληλος της NASA.

Πού στη Γη μπορούν να χρησιμοποιηθούν τα ψηφιακά δίδυμα;

Τα ψηφιακά δίδυμα βοηθούν στο σχεδιασμόδοκιμάστε περισσότερα σενάρια εκ των προτέρων - σε εικονικό μοντέλο, όχι σε φυσικό αντικείμενο. Με τη βοήθεια των διδύμων, είναι δυνατό να αυξηθεί η ενεργειακή απόδοση ενός κτιρίου, να βελτιστοποιηθούν οι επιπτώσεις στο κλίμα και να ληφθούν πληροφορίες σχετικά με τα φορτία στις εγκαταστάσεις και τις αστοχίες. Και δεν έχει σημασία για τι είδους αντικείμενο μιλάμε - μια εργαλειομηχανή, ένα αεροπλάνο ή ένα κτίριο. Σε αντίθεση με τις κλασικές προσομοιώσεις, τα ψηφιακά δίδυμα χρησιμοποιούν δεδομένα σε πραγματικό χρόνο. Επιπλέον, ο προσομοιωτής μελετά μια διαδικασία και ο δίδυμος μπορεί να εκτελέσει διαφορετικό αριθμό προσομοιώσεων για υπολογισμούς.

Ψηφιακή δίδυμη τεχνολογία, για παράδειγμα,χρησιμοποιεί Siemens. Η εταιρεία τα χρησιμοποιεί για να σχεδιάζει αεριοστρόβιλους, εγκαταστάσεις εργοστασίων ή νέα κτίρια, όπως τα κεντρικά γραφεία της στην Ελβετία. Η τεχνολογία βοήθησε στη δημιουργία του τρίτροχου ηλεκτρικού οχήματος Solo από την καναδική startup Electra Meccanica. Οι μηχανικοί έχουν δοκιμάσει και βελτιστοποιήσει στο παρελθόν όλα τα στοιχεία του αυτοκινήτου χρησιμοποιώντας ψηφιακά δίδυμα.

Πού χρησιμοποιούνται τα ψηφιακά δίδυμα;

  • Στη βιομηχανία, δημιουργούνται ψηφιακά δίδυμα κτίρια, τεχνολογικές διαδικασίες, ακόμη και μεμονωμένα προϊόντα.
  • Οι αυτοκινητοβιομηχανίες εγκαταλείπουν τις δοκιμές πρόσκρουσης νέων μοντέλων αυτοκινήτων, αντικαθιστώντας τις με εικονικές δοκιμές.
  • Στον κατασκευαστικό κλάδο, διανομήέλαβε τεχνολογίες BIM. Με τη βοήθειά τους, μπορείτε να δημιουργήσετε ένα μοντέλο ενός νέου κόμβου μεταφορών και να δείτε πώς κατανέμονται οι ροές κυκλοφορίας, να προσομοιώσετε ένα νέο μοτίβο κυκλοφορίας για πεζούς κοντά στο μετρό και να αξιολογήσετε πόσο αποτελεσματικό είναι και αν μπορεί να επιταχύνει την κυκλοφορία.

Ποιος έχει ψηφιακά δίδυμα στη Ρωσία

Στη Ρωσία, η ψηφιοποίηση αντικειμένων είναι γνωστή χάρη σεκινητά εργαστήρια της «Yandex» και της Google, που ταξιδεύουν στις πόλεις και τραβούν πανοράματα. Η δημιουργία ψηφιακών αντιγράφων δρόμων και κτιρίων έχει κάνει εδώ και πολύ καιρό τη ζωή των ανθρώπων πιο εύκολη, επιτρέποντάς σας να λαμβάνετε οδηγίες, να παρακολουθείτε την κυκλοφοριακή συμφόρηση και τις επισκευές στη διαδρομή. Αλλά αυτή είναι μόνο η κορυφή του παγόβουνου - τα διπλά μπορούν να βοηθήσουν στην πιο περίπλοκη πλοήγηση.

Η ανάπτυξη ψηφιακών διδύμων στη Ρωσία πραγματοποιείται απόRostec και GLONASS. Οι εταιρείες ξεκίνησαν ένα κοινό έργο όπου συλλέγουν δεδομένα από συσκευές εγγραφής βίντεο και τα συνδυάζουν με ένα μαθηματικό μοντέλο της οδικής υποδομής (το ίδιο ψηφιακό δίδυμο) και δεδομένα από κάμερες κυκλοφορίας. Η τεχνητή νοημοσύνη (AI) αναλύει αυτήν την εικόνα και συγκρίνει τα αποτελέσματα με τα πρότυπα ασφαλείας - το πλάτος του οδοστρώματος και τον αριθμό των λωρίδων, τις θέσεις των οδικών σημάτων και των φωτεινών σηματοδοτών. Το πρόγραμμα εκχωρεί μια βαθμολογία σε κάθε τμήμα του δρόμου και κάνει συστάσεις για τη βελτίωσή του.

Η AI έχει ήδη αναλύσει σχεδόν 3.000 χιλιόμετρα δρόμων στην περιοχή του Όρενμπουργκ και έχει βρει τα πιο επικίνδυνα τμήματα.

Τι μπορεί να γίνει με τα ψηφιακά εργαλεία:

  • μείωση της κυκλοφοριακής συμφόρησης·
  • παρακολουθεί τις καιρικές και περιβαλλοντικές συνθήκες·
  • να χρησιμοποιεί τους πόρους πιο αποτελεσματικά·
  • προσομοίωση της κατασκευής νέων στοιχείων οδικής υποδομής·
  • υπολογίστε επιλογές για την οργάνωση της κίνησης των μη επανδρωμένων οχημάτων.

Ένα άλλο ρωσικό έργο είναι κινητόεργαστήρια της εταιρείας Digital Roads. Αυτοματοποιούν και επιταχύνουν τη διαδικασία ψηφιοποίησης των αντικειμένων του οδικού δικτύου τόσο πολύ που η υποδομή με όλες τις αλλαγές θα εμφανίζεται σε πραγματικό χρόνο. Το σύστημα μπορεί να καθορίσει τη θέση των αντικειμένων με ακρίβεια 10 cm, να καθορίσει το μέγεθός τους και ακόμη και να διαβάσει τι είναι γραμμένο σε αυτά. Η ανάπτυξη θα παράσχει μια αντικειμενική εικόνα της κατάστασης της υποδομής και θα βοηθήσει να τηρείται λεπτομερής λογαριασμός όλων των αντικειμένων και των αλλαγών που συντελούνται με αυτά.

Δίκτυο κινητών εργαστηρίων καιΤα DVR μπορούν να διαβάσουν έως και 150 km την ημέρα. Το σύστημα ψηφιοποιεί αντικείμενα, αναφέρει νέα και προσωρινά αντικείμενα, διορθώνει ζημιές. Η πλατφόρμα αποθηκεύει και αναλύει το ιστορικό της κατάστασής τους, ελέγχει διαφημιστικές πινακίδες και προετοιμάζει ακόμη και έργα διαχείρισης της κυκλοφορίας.

Ποιος χρειάζεται ψηφιακά δίδυμα;

Τα ψηφιακά δίδυμα είναι πολύ χρήσιμα, αλλά όχι γιαόλες οι διαδικασίες και οι εταιρείες. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η δημιουργία ενός εικονικού αντιγράφου ενός αντικειμένου θα αυξήσει το κόστος του, αλλά δεν θα δώσει το επιθυμητό αποτέλεσμα, πιστεύουν οι ειδικοί της IBM.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, η χρήση ενός διδύμουαπαιτούνται για φυσικά μεγάλα και πολύπλοκα έργα όπως κτίρια, γέφυρες, αεριοστρόβιλοι, αυτοκίνητα και αεροσκάφη. Η τεχνολογία θα είναι χρήσιμη για ενεργειακές επιχειρήσεις και βιομηχανίες.

Η αγορά για ψηφιακά δίδυμα επεκτείνεται γρήγορα καιθα συνεχίσει να αυξάνεται για τουλάχιστον μερικά ακόμη χρόνια, αναμένουν οι ειδικοί. Το 2020, αυτή η αγορά υπολογίστηκε σε 3,1 δισεκατομμύρια δολάρια και μέχρι το 2026, σύμφωνα με ορισμένους αναλυτές, θα μπορούσε να φτάσει περίπου τα 48,2 δισεκατομμύρια δολάρια. Η ισχύς της μόλις πρόσφατα αξιολογήθηκε από πολλές εταιρείες και ερευνητικά ιδρύματα. Τώρα θέλουν να δοκιμάσουν προσομοιωμένα γεγονότα μεγάλης κλίμακας - παγκόσμιες οικονομικές κρίσεις, πολέμους ή ακόμα και ανθρώπους.

Διαβάστε περισσότερα

Η μεγαλύτερη και ισχυρότερη αιολική γεννήτρια βρίσκεται υπό κατασκευή. Θα παρέχει ενέργεια σε 20 χιλιάδες σπίτια

Το πείραμα ατομικού ρολογιού επιβεβαιώνει τη βαρυτική μετατόπιση του κόκκινου

Ο απομακρυσμένος έλεγχος πνευμόνων ήταν εξίσου αποτελεσματικός με την εξέταση πρόσωπο με πρόσωπο