Digitalne kopije ljudi, gradova i kriza: kako naučnici modeliraju budućnost

Технологија из свемира: како је дигитални близанац спасио Аполо 13

"Хјустон, имамо проблем." Многи људи су упознати са овим

позната фраза, али не знају сви да је проблем који је пријавила посада НАСА-ине Аполо 13 лунарне мисије решен прототипом дигиталног близанца.

Прошла су прва два дана лета Апола 13мирно, осим пар малих изненађења, саопштила је свемирска агенција. Дежурни оператер Џо Кервин је чак рекао: „Овде ћемо умрети од досаде. Али ово је био последњи пут да је неко поменуо досаду.

Неколико минута након сесије комуникацијеексплодирала је боца са кисеоником. Отприлике у том тренутку зазвучала је чувена фраза: посада је пријавила проблеме колегама из НАСА-е. Астронаути су видели гас из боце са кисеоником који се великом брзином баца у свемир. Сензори су касније показали губитак две од три горивне ћелије. Проблеми мисије нису ту завршили, одлучили су да одустану од слетања на Месец. Главни задатак инжењера који су остали на Земљи био је да хитно схвате како да спасу посаду, која се налази на удаљености већој од 320 хиљада км од њих.

Свака погрешна одлука може довести донепоправљиве последице, па је требало сигурно деловати. Специјалисти НАСА-е имали су на располагању 15 симулатора, који су коришћени за обуку астронаута и диспечера, за разраду разних сценарија, укључујући неуспехе. Директор летења НАСА-е Гене Крантз рекао је да су симулације једна од најизазовнијих технологија у читавом свемирском програму. Све што је било стварно током обуке била је посада, кокпит и контролни панели. Све остало је, приметио је, виртуелно, створено од „гомиле компјутера, много формула и вештих људи”.

Да вратимо посаду у центар Земљеменаџменту је било потребно да смисли како да управља озбиљно оштећеним бродом у конфигурацији која се веома разликује од оне за коју су првобитно извршени прорачуни. Тим је морао да пронађе нове начине за уштеду енергије, кисеоника и воде, да смисли како да поново покрене командни модул, који није дизајниран за гашење у свемиру.

Сам симулатор, чак иу комбинацији сасви рачунарски системи се не могу назвати пуноправним дигиталним близанцем. Али начин на који НАСА тим ради може се упоредити са начином на који раде двојници: уз помоћ симулатора, инжењери су симулирали различите сценарије који су им помогли да изаберу праву стратегију за повратак посаде. Стручњаци наводе факторе зашто би се систем који је НАСА користила за спасавање посаде Апола 13 могао сматрати прототипом дигиталног близанца.

  • Дигитални близанци су најкориснији кадаповезане са физичким објектима неприступачним директном утицају човека. Они захтевају сталну повратну информацију од физичког објекта да ажурирају информације и доносе одлуке. У Аполу 13, комуникација је играла ову улогу;
  • Дигитални близанац би требао бити довољанфлексибилан да одговори на промене у физичком објекту који је са њим повезан. НАСА је реконфигурисала симулаторе за неколико сати како би поново креирала конфигурацију за коју није била дизајнирана;
  • Мисија Аполо 13 није имала дигиталнудупло: свемирска агенција је користила 15 различитих симулатора за израчунавање разних детаља. Модерни дигитални близанци се такође састоје од многих модела у интеракцији.

НАСА сада користи дигиталне близанце заразвој препорука, мапа пута и бродова нове генерације. „Крајњи циљ дигиталног близанца је изградња, тестирање и изградња опреме у виртуелном окружењу. Тек када добијемо оно што испуњава наше захтеве, ми то стварамо физички. Истовремено, потребно је да се објекат повеже са дигиталним близанцем преко сензора и да дигитални близанац садржи све информације о објекту“, објашњава запослени у НАСА-и Џон Викерс.

Где на Земљи могу да се користе дигитални близанци?

Дизајн дигиталних близанаца помажеиспробајте више сценарија унапред - на виртуелном моделу, а не на физичком објекту. Уз помоћ близанаца могуће је повећати енергетску ефикасност зграде, оптимизовати њен утицај на климу и добити информације о оптерећењима и кваровима објекта. И није битно о каквом објекту је реч – о машини, авиону или згради. За разлику од класичних симулатора, дигитални близанци користе податке у реалном времену. Штавише, симулатор проучава један процес, а близанац може да покрене различит број симулација за прорачуне.

Дигитална технологија близанаца, на примеркористи Сиеменс. Компанија се ослања на њих како би помогла у пројектовању гасних турбина, организовању фабрика или нових зграда, као на пример у њеном седишту у Швајцарској. Технологија је помогла у стварању електричног возила на три точка Соло из канадског стартапа Елецтра Меццаница. Инжењери су претходно тестирали и оптимизовали све елементе аутомобила користећи дигиталне близанце.

Где се користе дигитални близанци:

  • У индустрији се стварају дигитални близанци зграда, технолошких процеса, па чак и појединачних производа;
  • Произвођачи аутомобила напуштају црасх тестове нових модела аутомобила, замењујући их виртуелним тестовима;
  • У грађевинарству, дистрибуцијадобио БИМ технологије. Уз њихову помоћ можете креирати модел нове саобраћајне петље и видети како су токови саобраћаја распоређени, симулирати нови образац саобраћаја за пешаке у близини метроа и проценити колико је ефикасан и да ли може да убрза саобраћај.

Ко има дигиталне близанце у Русији

У Русији је позната дигитализација објекатамобилне лабораторије „Иандек” и Гугл, које путују по градовима и снимају панораме. Прављење дигиталних копија путева и зграда одавно је олакшало живот људима омогућавајући им да рутирају, прате застоје у саобраћају и прате поправке на путу. Али ово је само врх леденог брега - дупли могу помоћи у сложенијој навигацији.

Развој дигиталних близанаца у Русији се спроводиРостец и ГЛОНАСС. Компаније су покренуле заједнички пројекат где прикупљају податке са видео рекордера и комбинују их са математичким моделом путне инфраструктуре (исти дигитални близанац) и подацима са друмских камера. Вештачка интелигенција (АИ) анализира ову слику и упоређује резултате са безбедносним стандардима – ширином коловоза и бројем трака, локацијама путних знакова и семафора. Програм додељује оцену свакој деоници пута и даје препоруке за њено побољшање.

АИ је већ анализирао скоро 3.000 км путева у Оренбуршкој области и пронашао најопасније деонице.

Шта дигитални алати могу да ураде:

  • смањити саобраћајне гужве;
  • пратити временске услове и услове животне средине;
  • ефикасније користити ресурсе;
  • симулирати изградњу нових елемената путне инфраструктуре;
  • израчунати опције за организовање кретања беспилотних возила.

Још један руски пројекат је мобилнилабораторије компаније Дигитал Роадс. Аутоматизују и убрзавају процес дигитализације објеката путне мреже тако да ће инфраструктура са свим променама бити приказана у реалном времену. Систем може фиксирати локацију објеката са тачношћу од 10 цм, одредити њихову величину и чак прочитати шта је на њима написано. Развој ће обезбедити објективну слику о стању инфраструктуре и помоћи ће да се води темељна евиденција о свим објектима и променама које се дешавају са њима.

Мрежа мобилних лабораторија иДВР-ови могу да читају до 150 км дневно. Систем дигитализује објекте, пријављује нове и привремене објекте, поправља оштећења. Платформа чува и анализира историју њиховог стања, контролише рекламне знакове и чак припрема пројекте управљања саобраћајем.

Коме су потребни дигитални близанци?

Дигитални близанци су веома корисни, али не засви процеси и компаније. У неким случајевима, стварање виртуелне копије објекта ће повећати његову цену, али неће дати жељени резултат, сматрају стручњаци ИБМ-а.

Према истраживачима, употреба близанцапотребно за физички велике и сложене пројекте као што су зграде, мостови, млазне турбине, аутомобили и авиони. Технологија ће бити корисна за енергетска предузећа и индустрије.

Тржиште дигиталних близанаца се брзо шири иће наставити да расте још најмање неколико година, очекују стручњаци. У 2020. ово тржиште је процењено на 3,1 милијарду долара, а до 2026. године, према неким аналитичарима, могло би да достигне око 48,2 милијарде. Његову снагу су тек недавно процениле многе компаније и истраживачке институције. Сада желе да тестирају симулиране догађаје великих размера - глобалне финансијске кризе, ратове или чак људе.

Опширније

Највећи и најмоћнији генератор ветра је у изградњи. Снабдеваће енергију 20 хиљада домова

Експеримент са атомским сатом потврђује гравитационо црвено померање

Даљински преглед плућа био је једнако ефикасан као и преглед лицем у лице