עותקים דיגיטליים של אנשים, ערים ומשברים: איך מדענים מעצבים את העתיד

טכנולוגיה מהחלל: איך תאום דיגיטלי הציל את אפולו 13

"יוסטון, יש לנו בעיה." אנשים רבים מכירים את זה

ביטוי מפורסם, אבל לא כולם יודעים שהבעיה שדווחה על ידי צוות משימת הירחי אפולו 13 של נאס"א נפתרה על ידי אב טיפוס תאום דיגיטלי.

היומיים הראשונים לטיסה של אפולו 13 חלפוברוגע, למעט כמה הפתעות קטנות, אמרה סוכנות החלל. המפעיל התורן ג'ו קרווין אפילו אמר: "אנחנו הולכים למות פה משעמום". אבל זו הייתה הפעם האחרונה שמישהו הזכיר שעמום.

מספר דקות לאחר פגישת התקשורתבלון חמצן התפוצץ. בערך באותו רגע נשמע המשפט המפורסם: הצוות דיווח על הבעיות לעמיתים מנאס"א. אסטרונאוטים ראו גז מבלון חמצן נזרק לחלל במהירות גבוהה. החיישנים הראו מאוחר יותר אובדן של שניים משלושת תאי הדלק. הבעיות של המשימה לא הסתיימו בכך, הם החליטו לנטוש את הנחיתה על הירח. המשימה העיקרית של המהנדסים שנותרו על כדור הארץ הייתה להבין בדחיפות כיצד להציל את הצוות, שנמצא במרחק של יותר מ-320 אלף ק"מ מהם.

כל החלטה שגויה עלולה להוביל לכךהשלכות בלתי הפיכות, ולכן היה צורך לפעול בוודאות. למומחי נאס"א עמדו לרשותם 15 סימולטורים, ששימשו להכשרת אסטרונאוטים ושולחים, כדי לחשב מגוון תרחישים, כולל כשלים. מנהל הטיסה של נאס"א, ג'ין קרנץ, אמר שאחת הטכנולוגיות המאתגרות ביותר בכל תוכנית החלל הייתה סימולציות. כל מה שהיה אמיתי במהלך האימון היה הצוות, תא הטייס ולוחות הבקרה. כל השאר, הוא ציין, היה וירטואלי, שנוצר על ידי "חבורה של מחשבים, הרבה נוסחאות ואנשים מיומנים".

להחזיר את הצוות למרכז כדור הארץההנהלה הייתה צריכה להבין כיצד להפעיל ספינה שניזוקה קשות בתצורה שונה מאוד מזו שלגביה בוצעו החישובים במקור. הצוות היה צריך למצוא דרכים חדשות לחסוך באנרגיה, בחמצן ובמים, להבין כיצד להפעיל מחדש את מודול הפיקוד, שאינו מיועד לכבות בחלל.

הסימולטור עצמו, אפילו בשילוב עםלא ניתן לקרוא לכל מערכות המחשב תאומים דיגיטליים מן המניין. אבל אפשר להשוות את הדרך שבה צוות נאס"א עובד לאופן שבו פועלים כפילים: בעזרת סימולטורים, המהנדסים דימו תרחישים שונים שעזרו להם לבחור את האסטרטגיה הנכונה כדי להחזיר את הצוות בחזרה. מומחים מפרטים גורמים מדוע המערכת שבה השתמשה נאס"א כדי להציל את צוות אפולו 13 יכולה להיחשב תאומה דיגיטלית אב טיפוס.

  • תאומים דיגיטליים הם הכי שימושיים כאשרהקשורים לחפצים פיזיים שאינם נגישים להשפעה ישירה של האדם. הם דורשים משוב מתמיד מהאובייקט הפיזי כדי לעדכן מידע ולקבל החלטות. באפולו 13, התקשורת מילאה את התפקיד הזה;
  • תאום דיגיטלי אמור להספיקגמיש להגיב לשינויים באובייקט הפיזי הקשור אליו. נאס"א קבעה מחדש סימולטורים תוך מספר שעות כדי ליצור מחדש תצורה שלא תוכננה עבורה;
  • למשימת אפולו 13 לא היה דיגיטליכפול: סוכנות החלל השתמשה ב-15 סימולטורים שונים כדי לחשב פרטים שונים. תאומים דיגיטליים מודרניים מורכבים גם מדגמים רבים המקיימים אינטראקציה.

נאס"א משתמשת כעת בתאומים דיגיטליים כדיפיתוח המלצות, מפות דרכים וספינות מהדור החדש. "המטרה הסופית של התאום הדיגיטלי היא ליצור, לבדוק ולבנות חומרה בסביבה וירטואלית. רק כשאנחנו מקבלים משהו שעונה על הדרישות שלנו, אנחנו יוצרים אותו פיזית. יחד עם זאת, אנו צריכים שהאובייקט יהיה מחובר לתאום הדיגיטלי באמצעות חיישנים ושהתאום הדיגיטלי יכיל את כל המידע על האובייקט", מסביר עובד נאס"א ג'ון ויקרס.

היכן על פני כדור הארץ ניתן להשתמש בתאומים דיגיטליים?

תאומים דיגיטליים עוזרים בעיצובנסה תרחישים נוספים מראש - על מודל וירטואלי, לא על אובייקט פיזי. בעזרת תאומים ניתן להגביר את היעילות האנרגטית של מבנה, לייעל את ההשפעה על האקלים ולקבל מידע על העומסים על המתקן והתקלות. וזה לא משנה על איזה סוג של חפץ אנחנו מדברים - כלי מכונה, מטוס או בניין. בניגוד לסימולציות קלאסיות, תאומים דיגיטליים משתמשים בנתונים בזמן אמת. יתרה מכך, הסימולטור לומד תהליך אחד, והתאום יכול להריץ מספר שונה של סימולציות לחישובים.

טכנולוגיית התאומים הדיגיטליים, למשל,משתמש בסימנס. החברה משתמשת בהם לתכנון טורבינות גז, תפעול מפעלים או מבנים חדשים, כמו המטה שלה בשוויץ. הטכנולוגיה סייעה ליצור את הרכב החשמלי תלת-גלגלי Solo של הסטארט-אפ הקנדי אלקטרה מכניקה. מהנדסים בדקו בעבר וייצבו את כל מרכיבי המכונית באמצעות תאומים דיגיטליים.

היכן משתמשים בתאומים דיגיטליים?

  • בתעשייה נוצרים תאומים דיגיטליים של בניינים, תהליכים טכנולוגיים ואפילו מוצרים בודדים;
  • יצרניות הרכב נוטשות את מבחני הריסוק של דגמי מכוניות חדשות, ומחליפות אותן במבחנים וירטואליים;
  • בענף הבנייה, הפצהקיבל טכנולוגיות BIM. בעזרתם תוכלו ליצור מודל של מחלף תחבורתי חדש ולראות כיצד מתחלקים זרמי התנועה, לדמות דפוס תנועה חדש להולכי רגל ליד המטרו ולהעריך עד כמה הוא יעיל והאם הוא יכול להאיץ את התנועה.

למי יש תאומים דיגיטליים ברוסיה

ברוסיה, הדיגיטציה של חפצים ידועה בזכותמעבדות ניידות של "Yandex" וגוגל, שמסתובבות בערים ומצלמות פנורמה. יצירת עותקים דיגיטליים של כבישים ומבנים כבר מזמן הקלה על אנשים, ומאפשרת לך לקבל הנחיות, לעקוב אחר פקקים ותיקונים לאורך הדרך. אבל זה רק קצה הקרחון - כפילים יכולים לעזור בניווט מורכב יותר.

הפיתוח של תאומים דיגיטליים ברוסיה מתבצע על ידיRostec ו-GLONASS. החברות פתחו בפרויקט משותף שבו הן אוספות נתונים ממקליטי וידאו ומשלבות אותם עם מודל מתמטי של תשתית הכבישים (אותו תאום דיגיטלי) ונתונים ממצלמות תנועה. בינה מלאכותית (AI) מנתחת תמונה זו ומשווה את התוצאות לתקני בטיחות - רוחב הכביש ומספר הנתיבים, מיקומי התמרורים והרמזורים. התוכנית מקצה דירוג לכל קטע דרך ומציעה המלצות לשיפורו.

AI כבר ניתחה כמעט 3,000 ק"מ של כבישים באזור אורנבורג ומצאה את הקטעים המסוכנים ביותר.

מה ניתן לעשות עם כלים דיגיטליים:

  • להפחית עומסי תנועה;
  • לפקח על מזג האוויר ותנאי הסביבה;
  • להשתמש במשאבים בצורה יעילה יותר;
  • לדמות בנייה של אלמנטים חדשים של תשתית כבישים;
  • לחשב אפשרויות לארגון תנועת כלי רכב בלתי מאוישים.

פרויקט רוסי נוסף הוא ניידמעבדות של חברת כבישים דיגיטליים. הם עושים אוטומציה ומזרזים את תהליך הדיגיטציה של אובייקטים ברשת דרכים עד כדי כך שהתשתית עם כל השינויים תוצג בזמן אמת. המערכת יכולה לתקן את מיקומם של חפצים בדיוק של 10 ס"מ, לקבוע את גודלם ואף לקרוא את הכתוב עליהם. הפיתוח יספק תמונה אובייקטיבית של מצב התשתית ויסייע בקיום דין וחשבון מעמיק על כל החפצים והשינויים המתרחשים איתם.

רשת מעבדות ניידות ומכשירי DVR יכולים לקרוא עד 150 ק"מ ליום. המערכת עושה דיגיטציה של אובייקטים, מדווחת על אובייקטים חדשים וזמניים, מתקנת נזקים. הפלטפורמה מאחסנת ומנתחת את היסטוריית מצבם, שולטת בשלטי פרסום ואף מכינה פרויקטים של ניהול תנועה.

מי צריך תאומים דיגיטליים?

תאומים דיגיטליים הם מאוד שימושיים, אבל לא עבורכל התהליכים והחברות. במקרים מסוימים, יצירת עותק וירטואלי של אובייקט תגדיל את העלות שלו, אך לא תיתן את התוצאה הרצויה, סבורים מומחי IBM.

לדברי החוקרים, השימוש בתאוםנדרש עבור פרויקטים גדולים ומורכבים פיזית כגון מבנים, גשרים, טורבינות סילון, מכוניות וכלי טיס. הטכנולוגיה תהיה שימושית עבור מפעלי אנרגיה ותעשיות.

שוק התאומים הדיגיטליים מתרחב במהירות וימשיך לגדול לפחות עוד כמה שנים, צופים מומחים. בשנת 2020 נאמד שוק זה ב-3.1 מיליארד דולר, ועד שנת 2026, על פי חלק מהאנליסטים, הוא עשוי להגיע לכ-48.2 מיליארד דולר. עוצמתו הוערכה רק לאחרונה על ידי חברות ומוסדות מחקר רבים. כעת הם רוצים לבדוק אירועים בקנה מידה גדול מדומים - משברים פיננסיים גלובליים, מלחמות, או אפילו אנשים.

קרא עוד

מחולל הרוחות הגדול והחזק ביותר נמצא בבנייה. הוא יספק אנרגיה ל -20 אלף בתים

ניסוי שעון אטומי מאשר את הזזה האדומה של הכבידה

בדיקת ריאות מרחוק הייתה יעילה כמו בדיקה פנים אל פנים