Digitale kopieën van mensen, steden en crises: hoe wetenschappers de toekomst modelleren

Technologie vanuit de ruimte: hoe de digitale tweeling Apollo 13 heeft gered

"Houston we hebben een probleem." Veel mensen zijn hiermee bekend

beroemde zin, maar niet iedereen weet dat het probleem dat werd gerapporteerd door de bemanning van NASA's Apollo 13-maanmissie werd opgelost door een digitaal tweelingprototype.

De eerste twee dagen van de Apollo 13-vluchtrustig, op een paar kleine verrassingen na, zei het ruimteagentschap. De dienstdoende telefoniste, Joe Kerwin, zei zelfs: "We gaan hier dood van verveling." Maar dat was de laatste keer dat iemand verveling noemde.

Een paar minuten na de sessiede zuurstoftank ontplofte. Rond dat moment klonk de bekende zin: de bemanning meldde de problemen aan collega's van NASA. De astronauten zagen gas uit een zuurstoftank met hoge snelheid de ruimte in worden geslingerd. Sensoren toonden later het verlies van twee van de drie brandstofcellen. De problemen van de missie eindigden daar niet, ze besloten de landing op de maan te staken. De belangrijkste taak van de ingenieurs die op aarde bleven, was om dringend erachter te komen hoe de bemanning, die zich op een afstand van meer dan 320 duizend km van hen bevindt, kon worden gered.

Elke verkeerde beslissing kan leiden tot:onherstelbare gevolgen, dus het was noodzakelijk om zeker te handelen. NASA-specialisten hadden de beschikking over 15 simulatoren, waarmee ze astronauten en controllers trainden, om verschillende scenario's uit te werken, waaronder storingen. NASA-vluchtdirecteur Gene Krantz zei dat simulators een van de meest complexe technologieën in het hele ruimteprogramma waren. Het enige dat echt was tijdens de training waren de bemanning, cockpit en bedieningspanelen. Al het andere, merkte hij op, was virtueel, gemaakt door 'veel computers, veel formules en bekwame mensen'.

Om de bemanning terug te brengen naar het centrum van de aardemanagement nodig om erachter te komen hoe een zwaar beschadigd schip te navigeren in een configuratie die heel anders was dan die waarvoor de berekeningen oorspronkelijk waren gemaakt. Het team moest nieuwe manieren vinden om energie, zuurstof en water te besparen en uitvinden hoe de commandomodule, die niet is ontworpen om stil te vallen in de ruimte, opnieuw op te starten.

De simulator zelf, zelfs in combinatie metNiet alle computersystemen kunnen een volwaardige digitale tweeling worden genoemd. Maar de manier waarop het NASA-team werkt, is redelijk vergelijkbaar met hoe dubbelgangers werken: met behulp van simulaties simuleerden de ingenieurs verschillende scenario's die hen hielpen bij het kiezen van de juiste strategie om de bemanning terug te sturen. Experts noemen factoren waarom het systeem dat door NASA wordt gebruikt om de bemanning van Apollo 13 te redden, kan worden beschouwd als een prototype digitale tweeling.

  • Digitale tweelingen zijn het nuttigst wanneergeassocieerd met fysieke objecten die niet toegankelijk zijn voor directe menselijke invloed. Ze vereisen constante feedback van het fysieke object om informatie bij te werken en beslissingen te nemen. In Apollo 13 speelde communicatie deze rol;
  • Een digitale tweeling zou voldoende moeten zijnflexibel om te reageren op veranderingen in het fysieke object dat ermee verbonden is. NASA heeft de simulatoren binnen enkele uren opnieuw geconfigureerd om een ​​configuratie te creëren waarvoor ze niet waren ontworpen;
  • De Apollo 13-missie beschikte niet over digitaaldubbel: het ruimteagentschap gebruikte 15 verschillende simulatoren om verschillende details te berekenen. Moderne digitale tweelingen bestaan ​​ook uit veel op elkaar inwerkende modellen.

NASA gebruikt nu digitale tweelingen omontwikkeling van aanbevelingen, roadmaps en nieuwe generatie schepen. “Het uiteindelijke doel van de digital twin is het creëren, testen en bouwen van hardware in een virtuele omgeving. Pas als we iets krijgen dat aan onze eisen voldoet, maken we het fysiek. Tegelijkertijd moeten we het object via sensoren met de digitale tweeling verbinden en dat de digitale tweeling alle informatie over het object bevat”, legt NASA-medewerker John Vickers uit.

Waar ter wereld kunnen digitale tweelingen worden gebruikt?

Digitale tweelingen helpen bij het ontwerpenprobeer van tevoren meer scenario's uit - op een virtueel model, niet op een fysiek object. Met behulp van twins is het mogelijk om de energie-efficiëntie van een gebouw te verhogen, de impact op het klimaat te optimaliseren en informatie te verkrijgen over de belasting van de installatie en storingen. En het maakt niet uit over wat voor soort object we het hebben - een werktuigmachine, een vliegtuig of een gebouw. In tegenstelling tot klassieke simulaties gebruiken digitale tweelingen realtime gegevens. Bovendien bestudeert de simulator één proces en kan de tweeling een ander aantal simulaties uitvoeren voor berekeningen.

Digital twin-technologie, bijvoorbeeldmaakt gebruik van Siemens. Het bedrijf gebruikt ze om gasturbines, fabrieksactiviteiten of nieuwe gebouwen te ontwerpen, zoals het hoofdkantoor in Zwitserland. De technologie hielp bij het creëren van het Solo driewielige elektrische voertuig van de Canadese startup Electra Meccanica. Ingenieurs hebben eerder alle elementen van de auto getest en geoptimaliseerd met behulp van digitale tweelingen.

Waar worden digitale tweelingen gebruikt?

  • In de industrie ontstaan ​​digitale tweelingen van gebouwen, technologische processen en zelfs individuele producten;
  • Autofabrikanten laten crashtests van nieuwe automodellen achterwege en vervangen deze door virtuele tests;
  • In de bouwsector, distributieBIM-technologieën ontvangen. Met hun hulp kun je een model maken van een nieuw vervoersknooppunt en zien hoe verkeersstromen worden verdeeld, een nieuw verkeerspatroon voor voetgangers in de buurt van de metro simuleren en evalueren hoe effectief het is en of het het verkeer kan versnellen.

Wie heeft een digitale tweeling in Rusland

In Rusland is de digitalisering van objecten bekend dankzij:mobiele laboratoria van "Yandex" en Google, die door de steden reizen en panorama's maken. Het maken van digitale kopieën van wegen en gebouwen heeft het leven van mensen lange tijd gemakkelijker gemaakt, waardoor u onderweg routebeschrijvingen kunt opvragen, files kunt volgen en reparaties kunt uitvoeren. Maar dit is slechts het topje van de ijsberg - dubbelen kunnen helpen bij complexere navigatie.

De ontwikkeling van digitale tweelingen in Rusland wordt uitgevoerd door:Rostec en GLONASS. De bedrijven zijn een gezamenlijk project gestart waarbij ze data van videorecorders verzamelen en combineren met een wiskundig model van de wegeninfrastructuur (dezelfde digital twin) en data van verkeerscamera's. Kunstmatige intelligentie (AI) analyseert dit beeld en vergelijkt de resultaten met veiligheidsnormen - de breedte van de rijbaan en het aantal rijstroken, de locatie van verkeersborden en verkeerslichten. Het programma kent een beoordeling toe aan elk weggedeelte en doet aanbevelingen voor de verbetering ervan.

AI heeft al bijna 3.000 km wegen in de regio Orenburg geanalyseerd en de gevaarlijkste secties gevonden.

Wat kan met digitale tools:

  • verkeersopstoppingen verminderen;
  • toezicht houden op weers- en omgevingsomstandigheden;
  • hulpbronnen efficiënter gebruiken;
  • de constructie van nieuwe elementen van de wegeninfrastructuur simuleren;
  • opties berekenen voor het organiseren van de beweging van onbemande voertuigen.

Een ander Russisch project is mobiellaboratoria van het bedrijf Digital Roads. Ze automatiseren en versnellen het proces van het digitaliseren van wegennetwerkobjecten zo sterk dat de infrastructuur met alle wijzigingen in realtime wordt weergegeven. Het systeem kan de locatie van objecten bepalen met een nauwkeurigheid van 10 cm, hun grootte bepalen en zelfs lezen wat erop staat. De ontwikkeling geeft een objectief beeld van de staat van de infrastructuur en helpt om alle objecten en de veranderingen die daarmee plaatsvinden goed in beeld te houden.

Netwerk van mobiele laboratoria enDVR's kunnen tot 150 km per dag lezen. Het systeem digitaliseert objecten, meldt nieuwe en tijdelijke objecten, herstelt schade. Het platform bewaart en analyseert de geschiedenis van hun toestand, controleert reclameborden en bereidt zelfs verkeersmanagementprojecten voor.

Wie heeft een digitale tweeling nodig?

Digitale tweelingen zijn erg handig, maar niet vooralle processen en bedrijven. In sommige gevallen zal het maken van een virtuele kopie van een object de kosten verhogen, maar niet het gewenste resultaat opleveren, menen IBM-experts.

Volgens de onderzoekers is het gebruik van een tweelingvereist voor fysiek grote en complexe projecten zoals gebouwen, bruggen, straalturbines, auto's en vliegtuigen. De technologie zal nuttig zijn voor energiebedrijven en -industrieën.

De markt voor digitale tweelingen groeit snel enzal nog zeker een paar jaar blijven groeien, verwachten experts. In 2020 werd deze markt geschat op $ 3,1 miljard, en volgens sommige analisten zou deze in 2026 kunnen oplopen tot $ 48,2 miljard. De kracht ervan is pas onlangs door veel bedrijven en onderzoeksinstellingen beoordeeld. Nu willen ze gesimuleerde grootschalige gebeurtenissen testen - wereldwijde financiële crises, oorlogen of zelfs mensen.

Lees verder

De grootste en krachtigste windgenerator is in aanbouw. Het zal 20 duizend huishoudens van energie voorzien

Atoomklokexperiment bevestigt zwaartekracht roodverschuiving

Longscreening op afstand was even effectief als face-to-face onderzoek