Cilvēku, pilsētu un krīžu digitālās kopijas: kā zinātnieki modelē nākotni

Tehnoloģija no kosmosa: kā digitālais dvīnis izglāba Apollo 13

"Hjūstona, mums ir problēma." Daudzi cilvēki ar to ir pazīstami

slavena frāze, taču ne visi zina, ka problēmu, par kuru ziņoja NASA Mēness misijas Apollo 13 komanda, atrisināja digitālais dvīņu prototips.

Pirmās divas Apollo 13 lidojuma dienasklusi, izņemot pāris nelielus pārsteigumus, sacīja kosmosa aģentūra. Dežūrējošais operators Džo Kervins pat teica: "Mēs šeit nomirsim no garlaicības." Bet tā bija pēdējā reize, kad kāds pieminēja garlaicību.

Dažas minūtes pēc sesijaseksplodēja skābekļa tvertne. Ap to brīdi atskanēja slavenā frāze: apkalpe ziņoja par problēmām kolēģiem no NASA. Astronauti redzēja, kā gāze no skābekļa balona lielā ātrumā tika izmesta kosmosā. Sensori vēlāk parādīja divu no trim degvielas elementiem zudumu. Ar to misijas problēmas nebeidzās, viņi nolēma atteikties no nosēšanās uz Mēness. Uz Zemes palikušo inženieru galvenais uzdevums bija steidzami izdomāt, kā glābt apkalpi, kas atrodas vairāk nekā 320 tūkstošu km attālumā no viņiem.

Jebkurš nepareizs lēmums var izraisītnelabojamas sekas, tāpēc bija jārīkojas droši. NASA speciālistu rīcībā bija 15 simulatori, ar kuriem viņi apmācīja astronautus un kontrolierus, izstrādājot dažādus scenārijus, tostarp neveiksmes. NASA lidojumu direktors Džīns Krants sacīja, ka viena no sarežģītākajām tehnoloģijām visā kosmosa programmā bija simulatori. Viss, kas mācību laikā bija reāls, bija apkalpe, kabīne un vadības paneļi. Viņš atzīmēja, ka viss pārējais bija virtuāls, ko radīja "daudz datoru, daudz formulu un prasmīgi cilvēki".

Lai atgrieztu apkalpi uz Zemes centruvadībai vajadzēja izdomāt, kā vadīt smagi bojātu kuģi konfigurācijā, kas ļoti atšķiras no tās, kurai sākotnēji tika veikti aprēķini. Komandai bija jāatrod jauni veidi, kā taupīt enerģiju, skābekli un ūdeni, jāizdomā, kā restartēt komandu moduli, kas nav paredzēts izslēgšanai kosmosā.

Pats simulators, pat kopā arVisas datorsistēmas nevar saukt par pilnvērtīgu digitālo dvīņu. Taču to, kā darbojas NASA komanda, var salīdzināt ar doppelgangeru darbu: ar simulatoru palīdzību inženieri simulēja dažādus scenārijus, kas viņiem palīdzēja izvēlēties pareizo stratēģiju, lai apkalpi atgrieztu. Eksperti uzskaita faktorus, kāpēc NASA izmantoto sistēmu Apollo 13 apkalpes glābšanai var uzskatīt par digitālo dvīņu prototipu.

  • Digitālie dvīņi ir visnoderīgākie, jakas saistīti ar fiziskiem objektiem, kas nav pieejami tiešai cilvēka ietekmei. Viņiem ir nepieciešama pastāvīga atgriezeniskā saite no fiziskā objekta, lai atjauninātu informāciju un pieņemtu lēmumus. Apollo 13 šo lomu spēlēja sakari;
  • Ar digitālo dvīņu vajadzētu pietiktelastīgs, lai reaģētu uz izmaiņām fiziskajā objektā, kas ar to saistīts. NASA pārkonfigurēja simulatorus dažu stundu laikā, lai atjaunotu konfigurāciju, kas nebija paredzēta;
  • Apollo 13 misijai nebija digitālasdubultā: kosmosa aģentūra izmantoja 15 dažādus simulatorus, lai aprēķinātu dažādas detaļas. Mūsdienu digitālie dvīņi sastāv arī no daudziem mijiedarbīgiem modeļiem.

NASA tagad izmanto digitālos dvīņus, laiieteikumu, ceļvežu un jaunās paaudzes kuģu izstrāde. “Digitālā dvīņa galvenais mērķis ir izveidot, pārbaudīt un būvēt aparatūru virtuālajā vidē. Tikai tad, kad mēs iegūstam kaut ko, kas atbilst mūsu prasībām, mēs to radām fiziski. Tajā pašā laikā mums ir nepieciešams, lai objekts būtu savienots ar digitālo dvīni caur sensoriem un lai digitālajā dvīnī būtu visa informācija par objektu, ”skaidro NASA darbinieks Džons Vikers.

Kur uz Zemes var izmantot digitālos dvīņus?

Digitālie dvīņi palīdz dizaināiepriekš izmēģiniet vairākus scenārijus – uz virtuālā modeļa, nevis uz fiziska objekta. Ar dvīņu palīdzību iespējams paaugstināt ēkas energoefektivitāti, optimizēt ietekmi uz klimatu, iegūt informāciju par objekta slodzēm un atteicēm. Un nav svarīgi, par kādu objektu mēs runājam - darbgaldu, lidmašīnu vai ēku. Atšķirībā no klasiskajām simulācijām digitālie dvīņi izmanto reāllaika datus. Turklāt simulators pēta vienu procesu, un dvīnis aprēķiniem var veikt dažādu simulāciju skaitu.

Digitālā dvīņu tehnoloģija, piemēram,izmanto Siemens. Uzņēmums tos izmanto, lai projektētu gāzes turbīnas, rūpnīcu operācijas vai jaunas ēkas, piemēram, galvenajā mītnē Šveicē. Šī tehnoloģija palīdzēja izveidot trīsriteņu elektrisko transportlīdzekli Solo no Kanādas starta uzņēmuma Electra Meccanica. Inženieri iepriekš ir pārbaudījuši un optimizējuši visus automašīnas elementus, izmantojot digitālos dvīņus.

Kur tiek izmantoti digitālie dvīņi?

  • Rūpniecībā tiek radīti ēku digitālie dvīņi, tehnoloģiskie procesi un pat atsevišķi produkti;
  • Autoražotāji atsakās no jaunu automašīnu modeļu avārijas testiem, aizstājot tos ar virtuālajiem testiem;
  • Būvniecības nozarē, izplatīšanasaņēma BIM tehnoloģijas. Ar to palīdzību jūs varat izveidot jauna transporta mezgla modeli un redzēt, kā tiek sadalītas satiksmes plūsmas, simulēt jaunu satiksmes modeli gājējiem pie metro un novērtēt, cik tas ir efektīvs un vai tas var paātrināt satiksmi.

Kam Krievijā ir digitālie dvīņi

Krievijā objektu digitalizācija ir zināma, pateicotiesmobilās "Yandex" un Google laboratorijas, kas ceļo pa pilsētām un uzņem panorāmas. Ceļu un ēku digitālo kopiju izveide jau sen ir atvieglojusi cilvēku dzīvi, ļaujot jums iegūt norādes, izsekot satiksmes sastrēgumus un remontdarbus. Taču tā ir tikai aisberga redzamā daļa – dubultnieki var palīdzēt sarežģītākā navigācijā.

Digitālo dvīņu attīstību Krievijā veicRostec un GLONASS. Uzņēmumi uzsāka kopīgu projektu, kurā apkopo datus no videoreģistratoriem un apvieno tos ar ceļu infrastruktūras matemātisko modeli (tas pats digitālais dvīnis) un satiksmes kameru datiem. Mākslīgais intelekts (AI) analizē šo attēlu un salīdzina rezultātus ar drošības standartiem – brauktuves platumu un joslu skaitu, ceļa zīmju un luksoforu atrašanās vietām. Programma katram ceļa posmam piešķir vērtējumu un sniedz ieteikumus tā uzlabošanai.

AI jau ir analizējis gandrīz 3000 km ceļu Orenburgas reģionā un atradis visbīstamākos posmus.

Ko var izdarīt ar digitālajiem rīkiem:

  • samazināt satiksmes sastrēgumus;
  • uzraudzīt laika apstākļus un vides apstākļus;
  • efektīvāk izmantot resursus;
  • simulēt jaunu ceļu infrastruktūras elementu izbūvi;
  • aprēķināt bezpilota transportlīdzekļu kustības organizēšanas iespējas.

Vēl viens Krievijas projekts ir mobilaisuzņēmuma Digital Roads laboratorijas. Tie automatizē un paātrina ceļu tīkla objektu digitalizācijas procesu tik ļoti, ka infrastruktūra ar visām izmaiņām tiks attēlota reāllaikā. Sistēma var fiksēt objektu atrašanās vietu ar precizitāti līdz 10 cm, noteikt to izmērus un pat nolasīt uz tiem rakstīto. Izstrāde sniegs objektīvu priekšstatu par infrastruktūras stāvokli un palīdzēs rūpīgi sekot līdzi visiem objektiem un tajos notiekošajām izmaiņām.

Mobilo laboratoriju tīkls unDVR var nolasīt līdz 150 km dienā. Sistēma digitalizē objektus, ziņo par jauniem un pagaidu objektiem, novērš bojājumus. Platforma glabā un analizē to stāvokļa vēsturi, kontrolē reklāmas zīmes un pat sagatavo satiksmes vadības projektus.

Kam vajadzīgi digitālie dvīņi?

Digitālie dvīņi ir ļoti noderīgi, bet ne priekšvisi procesi un uzņēmumi. Atsevišķos gadījumos objekta virtuālās kopijas izveide sadārdzinās tā izmaksas, bet nedos vēlamo rezultātu, uzskata IBM eksperti.

Pēc pētnieku domām, dvīņa izmantošananepieciešami fiziski lieliem un sarežģītiem projektiem, piemēram, ēkām, tiltiem, reaktīvo dzinēju turbīnām, automašīnām un lidmašīnām. Tehnoloģija būs noderīga enerģētikas uzņēmumiem un nozarēm.

Digitālo dvīņu tirgus strauji paplašinās unturpinās augt vēl vismaz dažus gadus, prognozē eksperti. 2020. gadā šis tirgus tika lēsts 3,1 miljarda ASV dolāru apmērā, un līdz 2026. gadam, pēc dažu analītiķu domām, tas varētu sasniegt aptuveni 48,2 miljardus ASV dolāru. Daudzi uzņēmumi un pētniecības iestādes tikai nesen ir novērtējušas tā spēku. Tagad viņi vēlas pārbaudīt simulētus liela mēroga notikumus – globālas finanšu krīzes, karus vai pat cilvēkus.

Lasīt vairāk

Tiek būvēts lielākais un jaudīgākais vēja ģenerators. Tas nodrošinās enerģiju 20 tūkstošiem māju

Atomu pulksteņa eksperiments apstiprina gravitācijas sarkano nobīdi

Attālā plaušu skrīnings bija tikpat efektīvs kā klātienes pārbaude