Digitale kopier av mennesker, byer og kriser: hvordan forskere modellerer fremtiden

Teknologi fra verdensrommet: hvordan en digital tvilling reddet Apollo 13

"Houston vi har et problem." Mange er kjent med dette

kjent setning, men ikke alle vet at problemet rapportert av mannskapet på NASAs Apollo 13 måneoppdrag ble løst av en digital tvillingprototype.

De to første dagene av Apollo 13s flytur har gåttrolig, bortsett fra et par små overraskelser, sa romfartsorganisasjonen. Operatør på vakt Joe Kerwin sa til og med: "Vi kommer til å dø av kjedsomhet her." Men dette var siste gang noen nevnte kjedsomhet.

Noen minutter etter kommunikasjonsøktenen oksygenflaske eksploderte. Rundt det øyeblikket lød den berømte setningen: mannskapet rapporterte problemene til kolleger fra NASA. Astronauter så gass fra en oksygenflaske som ble kastet ut i verdensrommet i høy hastighet. Sensorene viste senere tap av to av de tre brenselcellene. Problemene med oppdraget sluttet ikke der, de bestemte seg for å forlate landingen på månen. Hovedoppgaven til ingeniørene som ble igjen på jorden var å raskt finne ut hvordan de skulle redde mannskapet, som ligger i en avstand på mer enn 320 tusen km fra dem.

Enhver feil beslutning kan føre tiluopprettelige konsekvenser, så det var nødvendig å handle sikkert. NASA-spesialister hadde 15 simulatorer til disposisjon, som ble brukt til å trene astronauter og ekspeditører, for å utarbeide en rekke scenarier, inkludert feil. NASA Flight Director Gene Krantz sa at en av de mest utfordrende teknologiene i hele romprogrammet var simuleringer. Alt som var ekte under treningen var mannskap, cockpit og kontrollpaneler. Alt annet, bemerket han, var virtuelt, skapt av "en haug med datamaskiner, mange formler og dyktige mennesker."

For å returnere mannskapet til Earth Centerledelsen trengte å finne ut hvordan man opererer et alvorlig skadet skip i en konfigurasjon som er veldig forskjellig fra den som beregningene opprinnelig ble utført for. Teamet måtte finne nye måter å spare energi, oksygen og vann på, finne ut hvordan de skulle starte kommandomodulen på nytt, som ikke er designet for å stenge i verdensrommet.

Selve simulatoren, selv i forbindelse medalle datasystemer kan ikke kalles en fullverdig digital tvilling. Men måten NASA-teamet jobber på kan sammenlignes med hvordan dobler fungerer: ved hjelp av simulatorer simulerte ingeniører ulike scenarier som hjalp dem å velge riktig strategi for å få mannskapet tilbake. Eksperter lister opp faktorer som gjør at systemet som NASA brukte for å redde Apollo 13-mannskapet kan betraktes som en prototype av digital tvilling.

  • Digitale tvillinger er mest nyttige nårassosiert med fysiske gjenstander som er utilgjengelige for direkte menneskelig påvirkning. De krever konstant tilbakemelding fra det fysiske objektet for å oppdatere informasjon og ta beslutninger. I Apollo 13 spilte kommunikasjon denne rollen;
  • En digital tvilling burde være nokfleksibel til å reagere på endringer i den fysiske gjenstanden knyttet til den. NASA rekonfigurerte simulatorer i løpet av få timer for å gjenskape en konfigurasjon som ikke var designet for;
  • Apollo 13-oppdraget hadde ikke digitaltdobbel: romfartsorganisasjonen brukte 15 forskjellige simulatorer for å beregne ulike detaljer. Moderne digitale tvillinger består også av mange interagerende modeller.

NASA bruker nå digitale tvillinger tilutvikling av anbefalinger, veikart og ny generasjon skip. "Det endelige målet med den digitale tvillingen er å lage, teste og bygge maskinvare i et virtuelt miljø. Først når vi får noe som oppfyller kravene våre, skaper vi det fysisk. Samtidig trenger vi at objektet kobles til den digitale tvillingen gjennom sensorer og at den digitale tvillingen inneholder all informasjon om objektet, forklarer NASA-ansatt John Vickers.

Hvor i all verden kan digitale tvillinger brukes?

Digitale tvillinger hjelper til med designprøv ut flere scenarier på forhånd - på en virtuell modell, ikke på et fysisk objekt. Ved hjelp av tvillinger er det mulig å øke energieffektiviteten til et bygg, optimalisere klimapåvirkningen og få informasjon om belastninger på anlegget og feil. Og det spiller ingen rolle hva slags objekt vi snakker om - en maskinverktøy, et fly eller en bygning. I motsetning til klassiske simuleringer, bruker digitale tvillinger sanntidsdata. Dessuten studerer simulatoren én prosess, og tvillingen kan kjøre et annet antall simuleringer for beregninger.

Digital tvillingteknologi, for eksempel,bruker Siemens. Selskapet bruker dem til å designe gassturbiner, anleggsdrift eller nye bygninger, for eksempel hovedkvarteret i Sveits. Teknologien bidro til å lage Solo trehjulede elektriske kjøretøy fra den kanadiske oppstarten Electra Meccanica. Ingeniører har tidligere testet og optimalisert alle elementene i bilen ved hjelp av digitale tvillinger.

Hvor brukes digitale tvillinger?

  • I industrien skapes digitale tvillinger av bygninger, teknologiske prosesser og til og med individuelle produkter;
  • Bilprodusenter forlater kollisjonstester av nye bilmodeller, og erstatter dem med virtuelle tester;
  • I byggebransjen, distribusjonmottatt BIM-teknologi. Med deres hjelp kan du lage en modell av et nytt transportknutepunkt og se hvordan trafikkstrømmene fordeler seg, simulere et nytt trafikkmønster for fotgjengere nær T-banen og vurdere hvor effektivt det er og om det kan få fart på trafikken.

Hvem har digitale tvillinger i Russland

I Russland er digitalisering av objekter kjent takket væremobile laboratorier til "Yandex" og Google, som reiser rundt i byene og tar panoramabilder. Å lage digitale kopier av veier og bygninger har lenge gjort livet enklere for folk, slik at du kan få veibeskrivelse, spore trafikkork og reparasjoner underveis. Men dette er bare toppen av isfjellet - dobler kan hjelpe med mer kompleks navigasjon.

Utviklingen av digitale tvillinger i Russland utføres avRostec og GLONASS. Selskapene startet et felles prosjekt der de samler inn data fra videoopptakere og kombinerer dem med en matematisk modell av veiinfrastrukturen (den samme digitale tvillingen) og data fra trafikkkameraer. Kunstig intelligens (AI) analyserer dette bildet og sammenligner resultatene med sikkerhetsstandarder – bredden på veibanen og antall kjørefelt, plasseringen av veiskilt og trafikklys. Programmet tildeler en vurdering til hver del av veien og gir anbefalinger for forbedringer.

AI har allerede analysert nesten 3000 km med veier i Orenburg-regionen og funnet de farligste delene.

Hva kan gjøres med digitale verktøy:

  • redusere trafikkbelastningen;
  • overvåke vær- og miljøforhold;
  • bruke ressursene mer effektivt;
  • simulere bygging av nye elementer av veiinfrastruktur;
  • beregne alternativer for å organisere bevegelsen av ubemannede kjøretøy.

Et annet russisk prosjekt er mobiltlaboratorier til Digital Roads-selskapet. De automatiserer og fremskynder prosessen med å digitalisere veinettobjekter slik at infrastrukturen med alle endringer vises i sanntid. Systemet kan fikse plasseringen av objekter med en nøyaktighet på 10 cm, bestemme størrelsen deres og til og med lese hva som står på dem. Utbyggingen skal gi et objektivt bilde av tilstanden til infrastrukturen og vil bidra til å holde et grundig redegjørelse for alle objekter og endringene som skjer med dem.

Nettverk av mobile laboratorier ogDVR-er kan lese opptil 150 km per dag. Systemet digitaliserer objekter, rapporterer nye og midlertidige objekter, fikser skader. Plattformen lagrer og analyserer historien om tilstanden deres, kontrollerer reklameskilt og forbereder til og med trafikkstyringsprosjekter.

Hvem trenger digitale tvillinger?

Digitale tvillinger er veldig nyttige, men ikke foralle prosesser og bedrifter. I noen tilfeller vil det å lage en virtuell kopi av et objekt øke kostnadene, men vil ikke gi ønsket resultat, mener IBM-eksperter.

Ifølge forskerne, bruken av en tvillingkreves for fysisk store og komplekse prosjekter som bygninger, broer, jetturbiner, biler og fly. Teknologien vil være nyttig for energibedrifter og industrier.

Markedet for digitale tvillinger ekspanderer raskt ogvil fortsette å vokse i minst noen år til, forventer eksperter. I 2020 ble dette markedet estimert til 3,1 milliarder dollar, og innen 2026 kan det ifølge enkelte analytikere nå rundt 48,2 milliarder dollar Mange selskaper og forskningsinstitusjoner har først nylig vurdert dets styrke. Nå vil de teste simulerte hendelser i stor skala - globale finanskriser, kriger eller til og med mennesker.

Les mer

Den største og kraftigste vindgeneratoren er under bygging. Det vil gi energi til 20 tusen hjem

Atomklokkeksperiment bekrefter gravitasjonelt rødskift

Ekstern lunge-screening var like effektiv som ansikt-til-ansikt-undersøkelse