Copias digitales de personas, ciudades y crisis: cómo los científicos están modelando el futuro

Tecnología desde el espacio: como un gemelo digital salvó al Apolo 13

"Houston, tenemos un problema." Mucha gente está familiarizada con esto.

frase célebre, pero no todos saben que el problema reportado por la tripulación de la misión lunar Apolo 13 de la NASA fue resuelto mediante un prototipo de gemelo digital.

Han pasado los dos primeros días del vuelo del Apolo 13con calma, excepto por un par de pequeñas sorpresas, dijo la agencia espacial. El operador de servicio Joe Kerwin incluso dijo: "Aquí nos vamos a morir de aburrimiento". Pero esta fue la última vez que alguien mencionó el aburrimiento.

Unos minutos después de la sesión de comunicación.una bombona de oxígeno explotó. Alrededor de ese momento, sonó la famosa frase: la tripulación informó de los problemas a los colegas de la NASA. Los astronautas vieron cómo se lanzaba gas de un cilindro de oxígeno al espacio a alta velocidad. Más tarde, los sensores mostraron la pérdida de dos de las tres celdas de combustible. Los problemas de la misión no terminaron ahí, decidieron abandonar el aterrizaje en la luna. La tarea principal de los ingenieros que permanecieron en la Tierra fue averiguar con urgencia cómo salvar a la tripulación, que se encuentra a una distancia de más de 320 mil km de ellos.

Cualquier decisión equivocada podría conducir aconsecuencias irreparables, por lo que era necesario actuar con seguridad. Los especialistas de la NASA tenían 15 simuladores a su disposición, que se utilizaron para entrenar a los astronautas y despachadores, para resolver una variedad de escenarios, incluidas las fallas. El director de vuelo de la NASA, Gene Krantz, dijo que una de las tecnologías más desafiantes de todo el programa espacial eran las simulaciones. Todo lo que fue real durante el entrenamiento fue la tripulación, la cabina y los paneles de control. Todo lo demás, señaló, era virtual, creado por "un montón de computadoras, muchas fórmulas y gente capacitada".

Para devolver a la tripulación al centro de la TierraLa gerencia necesitaba descubrir cómo operar un barco seriamente dañado en una configuración que era muy diferente de aquella para la que se realizaron los cálculos originalmente. El equipo tuvo que encontrar nuevas formas de ahorrar energía, oxígeno y agua, descubrir cómo reiniciar el módulo de comando, que no está diseñado para apagarse en el espacio.

El simulador en sí, incluso junto contodos los sistemas informáticos no pueden llamarse gemelos digitales en toda regla. Pero la forma en que trabaja el equipo de la NASA se puede comparar con cómo funcionan los dobles: con la ayuda de simuladores, los ingenieros simularon varios escenarios que les ayudaron a elegir la estrategia correcta para recuperar a la tripulación. Los expertos enumeran los factores por los que el sistema que utilizó la NASA para rescatar a la tripulación del Apolo 13 podría considerarse un prototipo de gemelo digital.

  • Los gemelos digitales son más útiles cuandoasociado con objetos físicos inaccesibles a la influencia humana directa. Requieren retroalimentación constante del objeto físico para actualizar información y tomar decisiones. En el Apolo 13, las comunicaciones desempeñaron este papel;
  • Un gemelo digital debería ser suficienteflexible para responder a cambios en el objeto físico asociado a él. La NASA reconfiguró los simuladores en cuestión de horas para recrear una configuración para la que no habían sido diseñados;
  • La misión Apolo 13 no tenía digitaldoble: la agencia espacial utilizó 15 simuladores diferentes para calcular diversos detalles. Los gemelos digitales modernos también constan de muchos modelos que interactúan.

La NASA ahora está utilizando gemelos digitales paraelaboración de recomendaciones, mapas de carreteras y barcos de nueva generación. “El objetivo final del gemelo digital es construir, probar y construir equipos en un entorno virtual. Es solo cuando obtenemos lo que cumple con nuestros requisitos que lo creamos físicamente. Al mismo tiempo, necesitamos que el objeto esté conectado al gemelo digital a través de sensores y que el gemelo digital contenga toda la información sobre el objeto ”, explica el empleado de la NASA John Vickers.

¿En qué lugar de la Tierra se pueden utilizar gemelos digitales?

Ayuda de Design Digital TwinsPruebe más escenarios por adelantado, en un modelo virtual, no en un objeto físico. Con la ayuda de gemelos, puede mejorar la eficiencia energética de un edificio, optimizar el impacto en el clima y obtener información sobre las cargas sobre el objeto y las fallas. Y no importa de qué tipo de objeto estemos hablando: una máquina herramienta, un avión o un edificio. A diferencia de los simuladores clásicos, los gemelos digitales utilizan datos en tiempo real. Además, el simulador estudia un proceso y el gemelo puede ejecutar un número diferente de simulaciones para los cálculos.

Tecnología de gemelos digitales, por ejemploutiliza Siemens. La empresa confía en ellos para ayudar a diseñar turbinas de gas, organizar fábricas o nuevos edificios, como en su sede en Suiza. La tecnología ayudó a crear el vehículo eléctrico Solo de tres ruedas de la startup canadiense Electra Meccanica. Los ingenieros probaron previamente y optimizaron todos los elementos del automóvil utilizando gemelos digitales.

¿Dónde se utilizan los gemelos digitales?

  • En la industria se crean gemelos digitales de edificios, procesos tecnológicos e incluso productos individuales;
  • Los fabricantes de automóviles están abandonando las pruebas de choque de los nuevos modelos de automóviles y reemplazándolas con pruebas virtuales;
  • En la industria de la construcción, la distribuciónRecibió tecnologías BIM. Con su ayuda, se puede crear un modelo de un nuevo intercambiador de transporte y ver cómo se distribuyen los flujos de tráfico, simular un nuevo patrón de tráfico para los peatones cerca del metro y evaluar su eficacia y si puede acelerar el tráfico.

Quién tiene gemelos digitales en Rusia

En Rusia, la digitalización de objetos es conocida gracias alaboratorios móviles de "Yandex" y Google, que viajan por las ciudades y toman panorámicas. La creación de copias digitales de carreteras y edificios ha facilitado la vida de las personas durante mucho tiempo, lo que le permite obtener direcciones, realizar un seguimiento de los atascos de tráfico y las reparaciones en el camino. Pero esto es solo la punta del iceberg: los dobles pueden ayudar con una navegación más compleja.

El desarrollo de gemelos digitales en Rusia está a cargo deRostec y GLONASS. Las empresas lanzaron un proyecto conjunto en el que recopilan datos de grabadoras de video y los combinan con un modelo matemático de la infraestructura vial (el mismo gemelo digital) y datos de cámaras de tránsito. La inteligencia artificial (IA) analiza esta imagen y compara los resultados con los estándares de seguridad: el ancho de la calzada y el número de carriles, la ubicación de las señales de tráfico y los semáforos. El programa asigna una calificación a cada tramo de la vía y hace recomendaciones para su mejora.

AI ya ha analizado casi 3.000 km de carreteras en la región de Oremburgo y ha encontrado los tramos más peligrosos.

Qué se puede hacer con las herramientas digitales:

  • reducir la congestión del tráfico;
  • monitorear las condiciones climáticas y ambientales;
  • utilizar los recursos de manera más eficiente;
  • simular la construcción de nuevos elementos de infraestructura vial;
  • calcular opciones para organizar el movimiento de vehículos no tripulados.

Otro proyecto ruso es móvil.laboratorios de la empresa Digital Roads. Automatizan y aceleran tanto el proceso de digitalización de objetos de la red de carreteras que la infraestructura con todos los cambios se mostrará en tiempo real. El sistema puede fijar la ubicación de objetos con una precisión de 10 cm, determinar su tamaño e incluso leer lo que está escrito en ellos. El desarrollo proporcionará una imagen objetiva del estado de la infraestructura y ayudará a llevar un registro exhaustivo de todos los objetos y los cambios que se produzcan con ellos.

Red de laboratorios móviles yLos DVR pueden leer hasta 150 km por día. El sistema digitaliza objetos, informa sobre objetos nuevos y temporales, repara daños. La plataforma almacena y analiza el historial de su estado, controla los carteles publicitarios e incluso elabora proyectos de gestión del tráfico.

¿Quién necesita gemelos digitales?

Los gemelos digitales son muy útiles, pero no paratodos los procesos y empresas. En algunos casos, crear una copia virtual de un objeto aumentará su costo, pero no dará el resultado deseado, según creen los expertos de IBM.

Según los investigadores, el uso de un gemelonecesario para proyectos físicamente grandes y complejos, como edificios, puentes, turbinas a reacción, automóviles y aeronaves. La tecnología será útil para las empresas e industrias energéticas.

El mercado de los gemelos digitales se está expandiendo rápidamente yseguirá creciendo durante al menos unos años más, según esperan los expertos. En 2020, este mercado se estimó en $ 3.1 mil millones y, según algunos analistas, podría alcanzar alrededor de $ 48.2 mil millones para 2026. Su fortaleza ha sido evaluada recientemente por muchas empresas e instituciones de investigación. Ahora quieren probar eventos simulados a gran escala: crisis financieras globales, guerras o incluso personas.

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