Cópias digitais de pessoas, cidades e crises: como os cientistas estão modelando o futuro

Tecnologia do espaço: como o gêmeo digital salvou a Apollo 13

"Houston, temos um problema." Muitas pessoas estão familiarizadas com isso

frase famosa, mas nem todo mundo sabe que o problema relatado pela tripulação da missão lunar Apollo 13 da NASA foi resolvido por um protótipo de gêmeo digital.

Os dois primeiros dias do voo da Apollo 13silenciosamente, exceto por algumas pequenas surpresas, disse a agência espacial. O operador de plantão, Joe Kerwin, chegou a dizer: "Vamos morrer de tédio aqui". Mas essa foi a última vez que alguém mencionou o tédio.

Alguns minutos após a sessãoo tanque de oxigênio explodiu. Por volta desse momento, soou a famosa frase: a tripulação relatou os problemas aos colegas da NASA. Os astronautas viram gás de um tanque de oxigênio sendo lançado no espaço em alta velocidade. Sensores mais tarde mostraram a perda de duas das três células de combustível. Os problemas da missão não pararam por aí, eles decidiram abandonar o pouso na lua. A principal tarefa dos engenheiros que permaneceram na Terra era descobrir urgentemente como salvar a tripulação, localizada a mais de 320 mil km deles.

Qualquer decisão errada pode levar aconsequências irreparáveis, por isso era necessário agir com certeza. Os especialistas da NASA tinham à sua disposição 15 simuladores, que usavam para treinar astronautas e controladores, para elaborar vários cenários, incluindo falhas. O diretor de voo da NASA, Gene Krantz, disse que uma das tecnologias mais complexas de todo o programa espacial são os simuladores. Tudo o que era real durante o treinamento era a tripulação, o cockpit e os painéis de controle. Todo o resto, ele observou, era virtual, criado por "muitos computadores, muitas fórmulas e pessoas qualificadas".

Para devolver a tripulação ao centro da Terraa administração precisava descobrir como navegar em um navio severamente danificado em uma configuração muito diferente daquela para a qual os cálculos foram feitos originalmente. A equipe teve que encontrar novas maneiras de economizar energia, oxigênio e água, descobrir como reiniciar o módulo de comando, que não foi projetado para desligar no espaço.

O próprio simulador, mesmo em conjunto comTodos os sistemas de computador não podem ser chamados de gêmeos digitais completos. Mas a maneira como a equipe da NASA trabalha é bastante comparável à forma como os doppelgangers funcionam: usando simulações, os engenheiros simularam vários cenários que os ajudaram a escolher a estratégia certa para devolver a tripulação. Especialistas listam fatores pelos quais o sistema usado pela NASA para resgatar a tripulação da Apollo 13 pode ser considerado um protótipo de gêmeo digital.

  • Os gêmeos digitais são mais úteis quandoassociado a objetos físicos inacessíveis à influência humana direta. Eles exigem feedback constante do objeto físico para atualizar informações e tomar decisões. Na Apollo 13, as comunicações desempenharam esse papel;
  • Um gêmeo digital deve ser suficienteflexível para responder às mudanças no objeto físico associado a ele. A NASA reconfigurou simuladores em questão de horas para recriar uma configuração para a qual não havia sido projetada;
  • A missão Apollo 13 não tinha digitalduplo: a agência espacial usou 15 simuladores diferentes para calcular vários detalhes. Os gêmeos digitais modernos também consistem em muitos modelos interativos.

A NASA agora está usando gêmeos digitais paradesenvolvimento de recomendações, roteiros e navios de nova geração. “O objetivo final do gêmeo digital é criar, testar e construir hardware em um ambiente virtual. Somente quando obtemos algo que atende aos nossos requisitos, criamos fisicamente. Ao mesmo tempo, precisamos que o objeto esteja conectado ao gêmeo digital por meio de sensores e que o gêmeo digital contenha todas as informações sobre o objeto”, explica o funcionário da NASA John Vickers.

Onde na Terra os gêmeos digitais podem ser usados?

Gêmeos digitais ajudam no designexperimente mais cenários com antecedência - em um modelo virtual, não em um objeto físico. Com a ajuda de gêmeos, é possível aumentar a eficiência energética de uma edificação, otimizar o impacto no clima e obter informações sobre as cargas na instalação e falhas. E não importa de que tipo de objeto estamos falando - uma máquina-ferramenta, um avião ou um prédio. Ao contrário das simulações clássicas, os gêmeos digitais usam dados em tempo real. Além disso, o simulador estuda um processo e o gêmeo pode executar um número diferente de simulações para cálculos.

A tecnologia de gêmeos digitais, por exemplo,usa Siemens. A empresa os utiliza para projetar turbinas a gás, operações de usinas ou novos edifícios, como sua sede na Suíça. A tecnologia ajudou a criar o veículo elétrico de três rodas Solo da startup canadense Electra Meccanica. Os engenheiros já testaram e otimizaram todos os elementos do carro usando gêmeos digitais.

Onde os gêmeos digitais são usados?

  • Na indústria, são criados gêmeos digitais de edifícios, processos tecnológicos e até produtos individuais;
  • As montadoras estão abandonando os testes de colisão de novos modelos de carros, substituindo-os por testes virtuais;
  • Na indústria da construção, a distribuiçãorecebeu tecnologias BIM. Com a ajuda deles, você pode criar um modelo de um novo intercâmbio de transporte e ver como os fluxos de tráfego são distribuídos, simular um novo padrão de tráfego para pedestres próximo ao metrô e avaliar sua eficácia e se pode acelerar o tráfego.

Quem tem gêmeos digitais na Rússia

Na Rússia, a digitalização de objetos é conhecida graças alaboratórios móveis de "Yandex" e Google, que percorrem as cidades e tiram fotos panorâmicas. A criação de cópias digitais de estradas e edifícios há muito facilita a vida das pessoas, permitindo que você obtenha direções, rastreie engarrafamentos e reparos ao longo do caminho. Mas esta é apenas a ponta do iceberg - duplas podem ajudar com navegação mais complexa.

O desenvolvimento de gêmeos digitais na Rússia é realizado porRostec e GLONASS. As empresas lançaram um projeto conjunto onde coletam dados de gravadores de vídeo e os combinam com um modelo matemático da infraestrutura rodoviária (o mesmo gêmeo digital) e dados de câmeras de trânsito. A inteligência artificial (IA) analisa esse quadro e compara os resultados com os padrões de segurança - a largura da via e o número de faixas, a localização dos sinais de trânsito e semáforos. O programa atribui uma classificação a cada troço da estrada e faz recomendações para a sua melhoria.

A IA já analisou quase 3.000 km de estradas na região de Orenburg e encontrou os trechos mais perigosos.

O que pode ser feito com ferramentas digitais:

  • reduzir o congestionamento do tráfego;
  • monitorar as condições climáticas e ambientais;
  • utilizar os recursos de forma mais eficiente;
  • simular a construção de novos elementos de infra-estrutura rodoviária;
  • calcular opções para organizar a movimentação de veículos não tripulados.

Outro projeto russo é móvellaboratórios da empresa Estradas Digitais. Eles automatizam e agilizam tanto o processo de digitalização dos objetos da rede viária que a infraestrutura com todas as alterações será exibida em tempo real. O sistema pode fixar a localização de objetos com precisão de 10 cm, determinar seu tamanho e até ler o que está escrito neles. O desenvolvimento fornecerá uma imagem objetiva do estado da infraestrutura e ajudará a manter um registro completo de todos os objetos e das mudanças que ocorrem com eles.

Rede de laboratórios móveis eDVRs podem ler até 150 km por dia. O sistema digitaliza objetos, relata objetos novos e temporários, corrige danos. A plataforma armazena e analisa o histórico de sua condição, controla placas publicitárias e ainda elabora projetos de gestão de tráfego.

Quem precisa de gêmeos digitais?

Gêmeos digitais são muito úteis, mas não paratodos os processos e empresas. Em alguns casos, criar uma cópia virtual de um objeto aumentará seu custo, mas não dará o resultado desejado, acreditam os especialistas da IBM.

Segundo os pesquisadores, o uso de um gêmeonecessários para projetos fisicamente grandes e complexos, como edifícios, pontes, turbinas a jato, automóveis e aeronaves. A tecnologia será útil para empresas e indústrias de energia.

O mercado de gêmeos digitais está se expandindo rapidamente econtinuará a crescer por pelo menos mais alguns anos, esperam os especialistas. Em 2020, esse mercado foi estimado em US$ 3,1 bilhões e, em 2026, segundo alguns analistas, poderá chegar a cerca de US$ 48,2 bilhões. Muitas empresas e instituições de pesquisa só recentemente avaliaram sua força. Agora eles querem testar eventos simulados de grande escala - crises financeiras globais, guerras ou até mesmo pessoas.

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