Digitálne kópie ľudí, miest a kríz: ako vedci modelujú budúcnosť

Technológia z vesmíru: ako digitálne dvojča zachránilo Apollo 13

"Houston, máme problém." Mnoho ľudí to pozná

Je to slávna fráza, ale nie každý vie, že problém, ktorý nahlásila posádka lunárnej misie NASA Apollo 13, vyriešil prototyp digitálneho dvojčaťa.

Prvé dva dni letu Apolla 13 prešlipokojne, až na pár malých prekvapení, povedala vesmírna agentúra. Operátor v službe Joe Kerwin dokonca povedal: "Zomrieme tu od nudy." Ale toto bolo naposledy, čo niekto spomenul nudu.

Niekoľko minút po komunikačnej reláciivybuchla kyslíková fľaša. Zhruba v tej chvíli zaznela slávna veta: posádka nahlásila problémy kolegom z NASA. Astronauti videli, ako plyn z kyslíkovej fľaše vrhá do vesmíru veľkou rýchlosťou. Senzory neskôr ukázali stratu dvoch z troch palivových článkov. Problémy misie sa tým neskončili, rozhodli sa upustiť od pristátia na Mesiaci. Hlavnou úlohou inžinierov, ktorí zostali na Zemi, bolo urýchlene zistiť, ako zachrániť posádku, ktorá sa nachádza vo vzdialenosti viac ako 320 000 km od nich.

Akékoľvek nesprávne rozhodnutie môže viesť knenapraviteľné následky, preto bolo potrebné pre istotu konať. Špecialisti NASA mali k dispozícii 15 simulátorov, ktoré slúžili na výcvik astronautov a dispečerov, na vypracovanie najrôznejších scenárov vrátane zlyhaní. Letový riaditeľ NASA Gene Krantz povedal, že jednou z najnáročnejších technológií v celom vesmírnom programe boli simulácie. Počas výcviku bola skutočná len posádka, kokpit a ovládacie panely. Všetko ostatné, ako poznamenal, bolo virtuálne, vytvorené "množstvom počítačov, množstvom vzorcov a šikovnými ľuďmi."

Vrátiť posádku do stredu Zemevedenie potrebovalo zistiť, ako prevádzkovať vážne poškodenú loď v konfigurácii, ktorá sa veľmi líšila od konfigurácie, pre ktorú boli pôvodne vykonané výpočty. Tím musel nájsť nové spôsoby, ako ušetriť energiu, kyslík a vodu, zistiť, ako reštartovať veliteľský modul, ktorý nie je určený na vypnutie vo vesmíre.

Samotný simulátor aj v spojení svšetky počítačové systémy nemožno nazvať plnohodnotným digitálnym dvojčaťom. Spôsob práce tímu NASA sa však dá porovnať s tým, ako fungujú double: pomocou simulátorov inžinieri nasimulovali rôzne scenáre, ktoré im pomohli zvoliť správnu stratégiu na získanie posádky späť. Odborníci uvádzajú faktory, prečo by sa systém, ktorý NASA použila na záchranu posádky Apolla 13, mohol považovať za prototyp digitálneho dvojčaťa.

  • Digitálne dvojčatá sú najužitočnejšie, keď sú spojené s fyzickými objektmi, ktoré nie sú k dispozícii na priamu ľudskú interakciu.Vyžadujú neustálu spätnú väzbu od fyzického objektu na aktualizáciu informácií a rozhodovanie.V Apolle 13 túto úlohu zohrávala komunikácia;
  • Digitálne dvojča musí byť dostatočne flexibilné, aby reagovalo na zmeny fyzického objektu, ktorý je s ním spojený.NASA prekonfigurovala simulátory v priebehu niekoľkých hodín, aby znovu vytvorila konfiguráciu, ktorá nebola navrhnutá tak, aby bola navrhnutá;
  • Misia Apollo 13 nemala digitálne dvojča: vesmírna agentúra použila 15 rôznych simulátorov na výpočet rôznych detailov.Dnešné digitálne dvojčatá tiež pozostávajú z mnohých interagujúcich modelov.

NASA na to teraz používa digitálne dvojičkyvývoj odporúčaní, cestných máp a lodí novej generácie. „Konečným cieľom digitálneho dvojčaťa je stavať, testovať a stavať zariadenia vo virtuálnom prostredí. Až keď dostaneme to, čo spĺňa naše požiadavky, vytvoríme to fyzicky. Zároveň potrebujeme, aby bol objekt spojený s digitálnym dvojčaťom cez senzory a aby digitálne dvojča obsahovalo všetky informácie o objekte, “vysvetľuje zamestnanec NASA John Vickers.

Kde všade na Zemi sa dajú použiť digitálne dvojičky?

Dizajn digitálnych dvojčiat pomáhavyskúšajte si vopred viac scenárov – na virtuálnom modeli, nie na fyzickom objekte. Pomocou dvojčiat je možné zvýšiť energetickú hospodárnosť budovy, optimalizovať jej vplyv na klímu a získať informácie o zaťažení a poruchách zariadení. A je jedno, o akom predmete hovoríme – o obrábacom stroji, lietadle alebo budove. Na rozdiel od klasických simulátorov digitálne dvojčatá využívajú dáta v reálnom čase. Okrem toho simulátor študuje jeden proces a dvojča môže spustiť iný počet simulácií na výpočty.

Napríklad technológia digitálneho dvojčaťapoužíva Siemens. Spoločnosť sa na nich spolieha pri navrhovaní plynových turbín, organizovaní tovární alebo nových budov, ako napríklad vo svojom sídle vo Švajčiarsku. Táto technológia pomohla vytvoriť trojkolesové elektrické vozidlo Solo od kanadského startupu Electra Meccanica. Inžinieri vopred otestovali a optimalizovali všetky prvky auta pomocou digitálnych dvojčiat.

Kde sa používajú digitálne dvojčatá:

  • V priemysle sa vytvárajú digitálne dvojčatá budov, technologické procesy a dokonca aj jednotlivé výrobky;
  • Výrobcovia automobilov odmietajú maľovať nové modely automobilov a nahrádzajú ich virtuálnymi testami;
  • S ich pomocou môžete vytvoriť model novej dopravnej križovatky a zistiť, ako sú rozložené dopravné toky, modelovať novú dopravnú schému pre chodcov v blízkosti metra a posúdiť, aká efektívna je a ako bude schopnáV roku 1999 úrad šerifa oznámil

Kto má v Rusku digitálne dvojičky

V Rusku je známa digitalizácia objektovmobilné laboratóriá "Yandex" a Google, ktoré cestujú po mestách a robia panorámy. Vytváranie digitálnych kópií ciest a budov už dlho uľahčilo život ľuďom tým, že im umožnilo cestu, sledovať dopravné zápchy a sledovať opravy pozdĺž cesty. Ale to je len špička ľadovca – dvojky môžu pomôcť pri zložitejšej navigácii.

Vývoj digitálnych dvojčiat v Rusku prebiehaRostec a GLONASS. Spoločnosti spustili spoločný projekt, kde zbierajú dáta z videorekordérov a spájajú ich s matematickým modelom cestnej infraštruktúry (rovnaké digitálne dvojča) a dátami z cestných kamier. Umelá inteligencia (AI) analyzuje tento obrázok a porovnáva výsledky s bezpečnostnými normami – šírkou vozovky a počtom jazdných pruhov, umiestnením dopravných značiek a semaforov. Program prideľuje každému úseku cesty hodnotenie a dáva odporúčania na jeho zlepšenie.

AI už analyzovala takmer 3000 km ciest v regióne Orenburg a našla najnebezpečnejšie úseky.

Čo dokážu digitálne nástroje:

  • znížiť dopravné zápchy;
  • monitorovať poveternostné a environmentálne podmienky;
  • racionálnejšie využívanie zdrojov;
  • simulovať výstavbu nových prvkov cestnej infraštruktúry;
  • Vypočítajte možnosti organizácie pohybu bezpilotných prostriedkov.

Ďalší ruský projekt je mobilnýlaboratóriách spoločnosti „Digitálne cesty“. Automatizujú a urýchľujú proces digitalizácie objektov cestnej siete natoľko, že infraštruktúra so všetkými zmenami sa zobrazí v reálnom čase. Systém dokáže zafixovať polohu predmetov s presnosťou 10 cm, určiť ich veľkosť a dokonca prečítať, čo je na nich napísané. Vývoj poskytne objektívny obraz o stave infraštruktúry a pomôže viesť dôkladnú evidenciu všetkých objektov a zmien, ktoré sa na nich vyskytujú.

Sieť mobilných laboratórií aDVR dokáže prečítať až 150 km za deň. Systém digitalizuje objekty, hlási nové a dočasné objekty a eviduje škody. Platforma uchováva a analyzuje históriu ich stavu, kontroluje reklamné nápisy a dokonca pripravuje projekty riadenia dopravy.

Kto potrebuje digitálne dvojičky?

Digitálne dvojčatá sú veľmi užitočné, ale nie sú potrebnévšetky procesy a spoločnosti. V niektorých prípadoch vytvorenie virtuálnej kópie objektu podľa IBM zvýši jeho náklady, ale neprinesie požadovaný výsledok.

Podľa výskumníkov je použitie dvojitéhopotrebné pre fyzicky veľké a zložité projekty, ako sú budovy, mosty, prúdové turbíny, autá a lietadlá. Táto technológia bude užitočná pre energetické podniky a priemyselné odvetvia.

Trh digitálnych dvojčiat sa rýchlo rozširuje aodborníci očakávajú, že bude rásť ešte minimálne niekoľko rokov. V roku 2020 sa tento trh odhadoval na 3,1 miliardy dolárov a do roku 2026 môže podľa predpovedí niektorých analytikov dosiahnuť približne 48,2 miliardy dolárov.Mnohé firmy a výskumné ústavy zhodnotili jeho silu len nedávno. Teraz chcú otestovať simulácie rozsiahlych udalostí – globálnych finančných kríz, vojen či dokonca ľudí.

Čítaj viac

Najväčší a najvýkonnejší veterný generátor je vo výstavbe. Poskytne energiu 20 000 domácnostiam

Experiment s atómovými hodinami potvrdzuje gravitačný červený posun

Diaľkový skríning pľúc bol rovnako účinný ako vyšetrenie tvárou v tvár