Digitalne kopije ljudi, gradova i kriza: kako znanstvenici modeliraju budućnost

Tehnologija iz svemira: kako je digitalni blizanac spasio Apollo 13

"Houston, imamo problem." Mnogi ljudi su upoznati s tim

poznata fraza, ali ne znaju svi da je problem koji je prijavila posada NASA-ine lunarne misije Apollo 13 riješen prototipom digitalnog blizanca.

Prošla su prva dva dana leta Apolla 13mirno, osim nekoliko malih iznenađenja, rekla je svemirska agencija. Dežurni operater Joe Kerwin čak je rekao: "Ovdje ćemo umrijeti od dosade." Ali ovo je bio posljednji put da je netko spomenuo dosadu.

Nekoliko minuta nakon komunikacijske sesijeeksplodirao je cilindar s kisikom. Otprilike u tom trenutku zazvučala je poznata fraza: posada je prijavila probleme kolegama iz NASA-e. Astronauti su vidjeli kako se plin iz boce s kisikom baca u svemir velikom brzinom. Senzori su kasnije pokazali gubitak dvije od tri gorive ćelije. Problemi misije nisu tu završili, odlučili su odustati od slijetanja na Mjesec. Glavni zadatak inženjera koji su ostali na Zemlji bio je hitno shvatiti kako spasiti posadu, koja se nalazi na udaljenosti većoj od 320 tisuća km od njih.

Svaka pogrešna odluka može dovesti donepopravljive posljedice, pa je trebalo sigurno djelovati. NASA-inim stručnjacima na raspolaganju je bilo 15 simulatora koji su služili za obuku astronauta i dispečera za razradu raznih scenarija, uključujući i kvarove. Direktor NASA-inog leta Gene Krantz rekao je da su simulacije jedna od najizazovnijih tehnologija u cijelom svemirskom programu. Sve što je bilo stvarno tijekom obuke bila je posada, kokpit i upravljačke ploče. Sve ostalo, napomenuo je, bilo je virtualno, a stvorila ga je "gomila računala, puno formula i vještih ljudi".

Vratiti posadu u centar ZemljeUprava je trebala shvatiti kako upravljati ozbiljno oštećenim brodom u konfiguraciji koja je vrlo različita od one za koju su izvorno provedeni proračuni. Tim je morao pronaći nove načine za uštedu energije, kisika i vode, smisliti kako ponovno pokrenuti zapovjedni modul, koji nije dizajniran za gašenje u svemiru.

Sam simulator, čak iu kombinaciji ssvi računalni sustavi ne mogu se nazvati punopravnim digitalnim blizancem. Ali način na koji NASA tim radi može se usporediti s načinom rada dvojnika: uz pomoć simulatora, inženjeri su simulirali različite scenarije koji su im pomogli da odaberu pravu strategiju za povratak posade. Stručnjaci navode čimbenike zašto bi se sustav koji je NASA koristila za spašavanje posade Apolla 13 mogao smatrati prototipom digitalnog blizanca.

  • Digitalni blizanci najkorisniji su kadapovezana s fizičkim objektima nedostupnim izravnom ljudskom utjecaju. Oni zahtijevaju stalnu povratnu informaciju od fizičkog objekta za ažuriranje informacija i donošenje odluka. U Apollu 13 komunikacija je igrala tu ulogu;
  • Digitalni blizanac trebao bi biti dovoljanfleksibilan da odgovori na promjene u fizičkom objektu koji je s njim povezan. NASA je rekonfigurirala simulatore u roku od nekoliko sati kako bi ponovno stvorila konfiguraciju za koju nije bila dizajnirana;
  • Misija Apollo 13 nije imala digitaldvostruko: svemirska agencija koristila je 15 različitih simulatora za izračunavanje raznih detalja. Moderni digitalni blizanci također se sastoje od mnogih modela koji međusobno djeluju.

NASA sada koristi digitalne blizance zarazvoj preporuka, putokaza i brodova nove generacije. “Krajnji cilj digitalnog blizanca je izgradnja, testiranje i izgradnja opreme u virtualnom okruženju. Tek kad dobijemo ono što zadovoljava naše zahtjeve, mi to fizički stvaramo. Istovremeno, potrebno nam je da se objekt poveže s digitalnim blizancem putem senzora i da digitalni blizanac sadrži sve informacije o objektu”, objašnjava zaposlenik NASA-e John Vickers.

Gdje se mogu koristiti digitalni blizanci?

Dizajn digitalnih blizanaca pomažeisprobajte više scenarija unaprijed - na virtualnom modelu, a ne na fizičkom objektu. Uz pomoć blizanaca moguće je povećati energetsku učinkovitost zgrade, optimizirati njezin utjecaj na klimu te dobiti informacije o opterećenjima i kvarovima objekta. I nije važno o kakvom je objektu riječ – o alatnom stroju, avionu ili zgradi. Za razliku od klasičnih simulatora, digitalni blizanci koriste podatke u stvarnom vremenu. Štoviše, simulator proučava jedan proces, a blizanac može pokrenuti različit broj simulacija za izračune.

Tehnologija digitalnih blizanaca, na primjerkoristi Siemens. Tvrtka se oslanja na njih kako bi pomogla u projektiranju plinskih turbina, organiziranju tvornica ili novih zgrada, kao što je njezino sjedište u Švicarskoj. Tehnologija je pomogla u stvaranju električnog vozila na tri kotača Solo kanadskog startupa Electra Meccanica. Inženjeri su prethodno testirali i optimizirali sve elemente automobila koristeći digitalne blizance.

Gdje se koriste digitalni blizanci:

  • U industriji se stvaraju digitalni blizanci zgrada, tehnoloških procesa pa čak i pojedinačnih proizvoda;
  • Proizvođači automobila napuštaju testove sudara novih modela automobila, zamjenjujući ih virtualnim testovima;
  • U građevinarstvu distribucijadobio BIM tehnologije. Uz njihovu pomoć možete izraditi model novog prometnog čvora i vidjeti kako su prometni tokovi raspoređeni, simulirati novi prometni obrazac za pješake u blizini metroa i procijeniti koliko je učinkovit i može li ubrzati promet.

Tko ima digitalne blizance u Rusiji

U Rusiji je poznata digitalizacija objekatamobilni laboratoriji "Yandex" i Google, koji putuju po gradovima i snimaju panorame. Izrada digitalnih kopija cesta i zgrada dugo je olakšala život ljudima dopuštajući im rutiranje, praćenje prometnih zagušenja i praćenje popravaka na putu. No, ovo je samo vrh ledenog brijega - parovi mogu pomoći kod složenije navigacije.

Razvoj digitalnih blizanaca u Rusiji se provodiRostec i GLONASS. Tvrtke su pokrenule zajednički projekt u kojem prikupljaju podatke s videorekordera i kombiniraju ih s matematičkim modelom cestovne infrastrukture (isti digitalni blizanac) i podacima s cestovnih kamera. Umjetna inteligencija (AI) analizira ovu sliku i uspoređuje rezultate sa sigurnosnim standardima - širinom kolnika i brojem traka, položajem prometnih znakova i semafora. Program dodjeljuje ocjenu svakom dijelu ceste i daje preporuke za njegovo poboljšanje.

AI je već analizirao gotovo 3000 km cesta u regiji Orenburg i pronašao najopasnije dionice.

Što digitalni alati mogu učiniti:

  • smanjiti prometne gužve;
  • pratiti vremenske i okolišne uvjete;
  • koristiti resurse učinkovitije;
  • simulirati izgradnju novih elemenata cestovne infrastrukture;
  • izračunati opcije za organizaciju kretanja bespilotnih vozila.

Još jedan ruski projekt je mobilnilaboratoriji tvrtke "Digitalne ceste". Toliko automatiziraju i ubrzavaju proces digitalizacije objekata cestovne mreže da će se infrastruktura sa svim promjenama prikazati u realnom vremenu. Sustav može fiksirati lokaciju objekata s točnošću od 10 cm, odrediti njihovu veličinu, pa čak i pročitati što je na njima napisano. Razvoj će pružiti objektivnu sliku stanja infrastrukture i pomoći u vođenju temeljite evidencije o svim objektima i promjenama koje se na njima događaju.

Mreža mobilnih laboratorija iDVR-ovi mogu očitati do 150 km dnevno. Sustav digitalizira objekte, prijavljuje nove i privremene objekte te bilježi štetu. Platforma pohranjuje i analizira povijest njihovog stanja, kontrolira reklamne znakove, pa čak i priprema projekte upravljanja prometom.

Kome trebaju digitalni blizanci?

Digitalni blizanci su vrlo korisni, ali nisu potrebni zasvim procesima i tvrtkama. U nekim slučajevima, stvaranje virtualne kopije objekta će povećati njegovu cijenu, ali neće proizvesti željeni rezultat, prema IBM-u.

Prema istraživačima, korištenje dvostrukogpotrebno za fizički velike i složene projekte kao što su zgrade, mostovi, mlazne turbine, automobili i zrakoplovi. Tehnologija će biti korisna za energetska poduzeća i industrije.

Tržište digitalnih blizanaca brzo se širi inastavit će rasti još barem nekoliko godina, očekuju stručnjaci. U 2020. ovo tržište je procijenjeno na 3,1 milijardu dolara, a do 2026., prema prognozama nekih analitičara, moglo bi doseći oko 48,2 milijarde dolara. Mnoge tvrtke i istraživački instituti tek su nedavno procijenili njegovu snagu. Sada žele testirati simulacije velikih događaja - globalne financijske krize, ratove ili čak ljude.

Čitaj više

Najveći i najmoćniji generator vjetra je u izgradnji. Opskrbljivat će energijom 20 tisuća domova

Eksperiment s atomskim satom potvrđuje gravitacijsko crveno pomicanje

Probir pluća na daljinu bio je jednako učinkovit kao i pregled licem u lice