Copie digitali di persone, città e crisi: come gli scienziati modellano il futuro

Tecnologia dallo spazio: come un gemello digitale ha salvato l'Apollo 13

"Houston abbiamo un problema." Molte persone hanno familiarità con questo

frase famosa, ma non tutti sanno che il problema segnalato dall'equipaggio della missione lunare Apollo 13 della NASA è stato risolto da un prototipo di gemello digitale.

I primi due giorni di volo dell'Apollo 13 sono passaticon calma, salvo un paio di piccole sorprese, ha detto l'agenzia spaziale. L'operatore in servizio Joe Kerwin ha persino detto: "Qui moriremo di noia". Ma questa è stata l'ultima volta che qualcuno ha parlato di noia.

Pochi minuti dopo la sessione di comunicazioneuna bombola di ossigeno è esplosa. In quel momento risuonò la famosa frase: l'equipaggio riferì i problemi ai colleghi della NASA. Gli astronauti hanno visto il gas da una bombola di ossigeno essere lanciato nello spazio ad alta velocità. I sensori in seguito hanno mostrato la perdita di due delle tre celle a combustibile. I problemi della missione non sono finiti qui, hanno deciso di abbandonare lo sbarco sulla luna. Il compito principale degli ingegneri rimasti sulla Terra era capire urgentemente come salvare l'equipaggio, che si trova a una distanza di oltre 320 mila km da loro.

Qualsiasi decisione sbagliata potrebbe portare aconseguenze irreparabili, quindi era necessario agire di sicuro. Gli specialisti della NASA avevano a loro disposizione 15 simulatori, che sono stati utilizzati per addestrare astronauti e spedizionieri, per elaborare una varietà di scenari, inclusi i guasti. Il direttore di volo della NASA Gene Krantz ha affermato che una delle tecnologie più impegnative dell'intero programma spaziale sono state le simulazioni. Tutto ciò che era reale durante l'addestramento era l'equipaggio, la cabina di pilotaggio e i pannelli di controllo. Tutto il resto, ha osservato, era virtuale, creato da "un mucchio di computer, un sacco di formule e persone esperte".

Per riportare l'equipaggio al centro della TerraIl management aveva bisogno di capire come far funzionare una nave gravemente danneggiata in una configurazione molto diversa da quella per cui erano stati originariamente effettuati i calcoli. Il team ha dovuto trovare nuovi modi per risparmiare energia, ossigeno e acqua, capire come riavviare il modulo di comando, che non è progettato per spegnersi nello spazio.

Il simulatore stesso, anche in combinazione contutti i sistemi informatici non possono essere definiti un gemello digitale a tutti gli effetti. Ma il modo in cui lavora il team della NASA può essere paragonato a come funzionano i doppi: con l'aiuto di simulatori, gli ingegneri hanno simulato vari scenari che li hanno aiutati a scegliere la giusta strategia per riavere l'equipaggio. Gli esperti elencano i fattori per cui il sistema utilizzato dalla NASA per salvare l'equipaggio dell'Apollo 13 potrebbe essere considerato un prototipo di gemello digitale.

  • I gemelli digitali sono più utili quandoassociati a oggetti fisici inaccessibili all'influenza umana diretta. Richiedono un feedback costante dall'oggetto fisico per aggiornare le informazioni e prendere decisioni. Nell'Apollo 13, le comunicazioni hanno svolto questo ruolo;
  • Un gemello digitale dovrebbe essere sufficienteflessibile per rispondere ai cambiamenti nell'oggetto fisico ad esso associato. La NASA ha riconfigurato i simulatori nel giro di poche ore per ricreare una configurazione per la quale non era stata progettata;
  • La missione Apollo 13 non aveva il digitaledoppio: l'agenzia spaziale ha utilizzato 15 diversi simulatori per calcolare i vari dettagli. I moderni gemelli digitali sono costituiti anche da molti modelli interagenti.

La NASA sta ora utilizzando i gemelli digitali persviluppo di raccomandazioni, road map e navi di nuova generazione. “L'obiettivo finale del gemello digitale è costruire, testare e costruire apparecchiature in un ambiente virtuale. È solo quando otteniamo ciò che soddisfa i nostri requisiti che lo creiamo fisicamente. Allo stesso tempo, abbiamo bisogno che l'oggetto sia collegato al gemello digitale tramite sensori e che il gemello digitale contenga tutte le informazioni sull'oggetto ", spiega il dipendente della NASA John Vickers.

Dove diavolo possono essere usati i gemelli digitali?

Il design dei gemelli digitali aiutaprova più scenari in anticipo, su un modello virtuale, non su un oggetto fisico. Con l'aiuto dei gemelli è possibile aumentare l'efficienza energetica di un edificio, ottimizzarne l'impatto sul clima e ottenere informazioni sui carichi e sui guasti dell'impianto. E non importa di che tipo di oggetto stiamo parlando: una macchina utensile, un aeroplano o un edificio. A differenza dei simulatori classici, i gemelli digitali utilizzano dati in tempo reale. Inoltre, il simulatore studia un processo e il gemello può eseguire un numero diverso di simulazioni per i calcoli.

La tecnologia gemellare digitale, ad esempioutilizza Siemens. L'azienda si affida a loro per aiutare a progettare turbine a gas, organizzare fabbriche o nuovi edifici, come nella sua sede in Svizzera. La tecnologia ha contribuito a creare il veicolo elettrico a tre ruote Solo della startup canadese Electra Meccanica. Gli ingegneri hanno pre-testato e ottimizzato tutti gli elementi dell'auto utilizzando i gemelli digitali.

Dove vengono utilizzati i gemelli digitali:

  • Nell’industria si creano gemelli digitali di edifici, processi tecnologici e perfino singoli prodotti;
  • Le case automobilistiche stanno abbandonando i crash test dei nuovi modelli di auto, sostituendoli con test virtuali;
  • Nel settore edile, la distribuzioneha ricevuto le tecnologie BIM. Con il loro aiuto, puoi creare un modello di un nuovo snodo di trasporti e vedere come sono distribuiti i flussi di traffico, simulare un nuovo modello di traffico per i pedoni vicino alla metropolitana e valutare quanto sia efficace e se possa accelerare il traffico.

Chi ha gemelli digitali in Russia?

In Russia, la digitalizzazione degli oggetti è nota perlaboratori mobili "Yandex" e Google, che viaggiano per le città e catturano panorami. Fare copie digitali di strade ed edifici ha reso la vita più facile alle persone consentendo loro di tracciare il percorso, monitorare la congestione del traffico e monitorare le riparazioni lungo il percorso. Ma questa è solo la punta dell'iceberg: i doppi possono aiutare con una navigazione più complessa.

Lo sviluppo dei gemelli digitali in Russia è in corsoRostec e GLONASS. Le aziende hanno lanciato un progetto congiunto in cui raccolgono dati dai videoregistratori e li combinano con un modello matematico dell'infrastruttura stradale (lo stesso gemello digitale) e i dati delle telecamere stradali. L'intelligenza artificiale (AI) analizza questo quadro e confronta i risultati con gli standard di sicurezza: la larghezza della carreggiata e il numero di corsie, la posizione dei segnali stradali e dei semafori. Il programma assegna un punteggio a ciascuna sezione della strada e fornisce raccomandazioni per il suo miglioramento.

AI ha già analizzato quasi 3.000 km di strade nella regione di Orenburg e ha individuato i tratti più pericolosi.

Cosa possono fare gli strumenti digitali:

  • ridurre la congestione del traffico;
  • monitorare le condizioni meteorologiche e ambientali;
  • utilizzare le risorse in modo più efficiente;
  • simulare la costruzione di nuovi elementi di infrastruttura stradale;
  • calcolare le opzioni per organizzare il movimento dei veicoli senza pilota.

Un altro progetto russo è mobilelaboratori della società "Digital Roads". Automatizzano e accelerano il processo di digitalizzazione degli oggetti della rete stradale tanto che l'infrastruttura con tutte le modifiche verrà visualizzata in tempo reale. Il sistema può fissare la posizione degli oggetti con una precisione di 10 cm, determinarne le dimensioni e persino leggere ciò che è scritto su di essi. Lo sviluppo fornirà un quadro oggettivo dello stato dell'infrastruttura e aiuterà a tenere un registro completo di tutti gli oggetti e dei cambiamenti che si verificano ad essi.

Una rete di laboratori mobili eI DVR possono leggere fino a 150 km al giorno. Il sistema digitalizza gli oggetti, segnala gli oggetti nuovi e temporanei e registra i danni. La piattaforma archivia e analizza la cronologia della loro condizione, controlla i cartelli pubblicitari e persino prepara progetti di gestione del traffico.

Chi ha bisogno di gemelli digitali?

I gemelli digitali sono molto utili, ma non necessaritutti i processi e le aziende. In alcuni casi, la creazione di una copia virtuale di un oggetto aumenterà il suo costo, ma non produrrà il risultato desiderato, secondo IBM.

Secondo i ricercatori, l'uso di un doppionecessari per progetti fisicamente grandi e complessi come edifici, ponti, turbine a getto, automobili e aeroplani. La tecnologia sarà utile per le imprese e le industrie energetiche.

Il mercato dei gemelli digitali si sta espandendo rapidamente econtinuerà a crescere per almeno diversi anni, si aspettano gli esperti. Nel 2020 questo mercato era stimato a 3,1 miliardi di dollari, ed entro il 2026, secondo le previsioni di alcuni analisti, potrebbe raggiungere i 48,2 miliardi di dollari circa, molte aziende e istituti di ricerca ne hanno valutato solo di recente la forza. Ora vogliono testare simulazioni di eventi su larga scala: crisi finanziarie globali, guerre o persino persone.

Leggi di più

Il più grande e potente generatore eolico è in costruzione. Fornirà energia a 20mila case

L'esperimento dell'orologio atomico conferma il redshift gravitazionale

Lo screening polmonare a distanza è stato efficace quanto l'esame faccia a faccia