Digitala kopior av människor, städer och kriser: hur forskare modellerar framtiden

Teknik från rymden: hur en digital tvilling räddade Apollo 13

"Houston, vi har ett problem." Många känner till detta

Det är en berömd fras, men det är inte alla som vet att problemet som rapporterades av besättningen på NASA:s Apollo 13-månuppdrag löstes av en prototyp av en digital tvilling.

De två första dagarna av Apollo 13-flygettyst, förutom ett par mindre överraskningar, sa rymdbyrån. Operatören i tjänst, Joe Kerwin, sa till och med: "Vi kommer att dö av tristess här." Men det var sista gången någon nämnde tristess.

Några minuter efter passetsyrgastanken exploderade. Runt det ögonblicket lät den berömda frasen: besättningen rapporterade problemen till kollegor från NASA. Astronauterna såg gas från en syretank kastas ut i rymden i hög hastighet. Senare visade sensorer förlusten av två av de tre bränslecellerna. Problemen med uppdraget slutade inte där, de bestämde sig för att överge landningen på månen. Huvuduppgiften för ingenjörerna som var kvar på jorden var att snabbt ta reda på hur man räddar besättningen, som ligger på ett avstånd av mer än 320 tusen km från dem.

Alla felaktiga beslut kan leda tillirreparable konsekvenser, så det var nödvändigt att agera säkert. NASA-specialister hade 15 simulatorer till sitt förfogande, som användes för att träna astronauter och flygledare, för att utarbeta olika scenarier, inklusive misslyckanden. NASAs flygchef Gene Krantz sa att en av de mest komplexa teknikerna i hela rymdprogrammet var simulatorer. Allt som var verkligt under utbildningen var besättningen, sittbrunnen och kontrollpanelerna. Allt annat, noterade han, var virtuellt, skapat av "många datorer, många formler och skickliga människor."

För att återföra besättningen till jordens centrumledningen behövde ta reda på hur man navigerar ett svårt skadat fartyg i en konfiguration som skiljer sig mycket från den som beräkningarna ursprungligen gjordes för. Teamet var tvungen att hitta nya sätt att spara energi, syre och vatten, ta reda på hur man startar om kommandomodulen, som inte är designad för att stängas av i rymden.

Själva simulatorn, även i samband medAlla datorsystem kan inte kallas en fullvärdig digital tvilling. Men sättet som NASA-teamet arbetar på är ganska jämförbart med hur dubbelgångare fungerar: med hjälp av simuleringar simulerade ingenjörerna olika scenarier som hjälpte dem att välja rätt strategi för att lämna tillbaka besättningen. Experter listar faktorer varför systemet som används av NASA för att rädda besättningen på Apollo 13 kan betraktas som en prototyp av digital tvilling.

  • Digitala tvillingar är mest användbara när de är anslutna till fysiska objekt som inte är tillgängliga för direkt mänsklig interaktion.De kräver ständig feedback från det fysiska objektet för att uppdatera information och fatta beslut.I Apollo 13 spelades denna roll av kommunikation;
  • En digital tvilling måste vara tillräckligt flexibel för att svara på ändringar i det fysiska objekt som är associerat med den.NASA konfigurerade om simulatorerna på några timmar för att återskapa en konfiguration som inte var utformad för att designas;
  • Apollo 13-uppdraget hade ingen digital tvilling: rymdorganisationen använde 15 olika simulatorer för att beräkna olika detaljer.Dagens digitala tvillingar består också av många samverkande modeller.

NASA använder nu digitala tvillingar för attutveckling av rekommendationer, färdplaner och nya generationens fartyg. "Det slutliga målet med den digitala tvillingen är att skapa, testa och bygga hårdvara i en virtuell miljö. Först när vi får något som uppfyller våra krav skapar vi det fysiskt. Samtidigt behöver vi att objektet kopplas till den digitala tvillingen genom sensorer och att den digitala tvillingen ska innehålla all information om objektet, förklarar NASA-anställde John Vickers.

Var i hela världen kan digitala tvillingar användas?

Digitala tvillingar hjälper till med designprova fler scenarier i förväg - på en virtuell modell, inte på ett fysiskt objekt. Med hjälp av tvillingar är det möjligt att öka energieffektiviteten i en byggnad, optimera klimatpåverkan och få information om belastningar på anläggningen och haverier. Och det spelar ingen roll vilken typ av föremål vi pratar om - en verktygsmaskin, ett flygplan eller en byggnad. Till skillnad från klassiska simuleringar använder digitala tvillingar realtidsdata. Dessutom studerar simulatorn en process, och tvillingen kan köra ett annat antal simuleringar för beräkningar.

Digital tvillingteknik, till exempel,använder Siemens. Företaget använder dem för att designa gasturbiner, anläggningsdrift eller nya byggnader, till exempel huvudkontoret i Schweiz. Tekniken hjälpte till att skapa Solo trehjuliga elfordon från den kanadensiska startupen Electra Meccanica. Ingenjörer har tidigare testat och optimerat alla delar av bilen med hjälp av digitala tvillingar.

Var används digitala tvillingar?

  • Inom industrin skapas digitala tvillingar av byggnader, tekniska processer och till och med enskilda produkter;
  • Biltillverkare vägrar att måla nya bilmodeller och ersätter dem med virtuella tester.
  • Med deras hjälp kan man skapa en modell av en ny trafikplats och se hur trafikflödena är fördelade, modellera ett nytt trafiksystem för fotgängare i närheten av metron och bedöma hur effektivt det är och hur det kommer att kunnaÅr 1999 meddelade sheriffkontoret

Vem har digitala tvillingar i Ryssland

I Ryssland är digitaliseringen av föremål känd tack varemobila laboratorier av "Yandex" och Google, som reser runt i städerna och tar panoramabilder. Att skapa digitala kopior av vägar och byggnader har länge gjort livet lättare för människor, så att du kan få vägbeskrivningar, spåra trafikstockningar och reparationer längs vägen. Men detta är bara toppen av isberget - dubblar kan hjälpa till med mer komplex navigering.

Utvecklingen av digitala tvillingar i Ryssland utförs avRostec och GLONASS. Företagen startade ett gemensamt projekt där de samlar in data från videobandspelare och kombinerar dem med en matematisk modell av väginfrastrukturen (samma digital tvilling) och data från trafikkameror. Artificiell intelligens (AI) analyserar denna bild och jämför resultaten med säkerhetsstandarder - vägbanans bredd och antalet körfält, placeringen av vägmärken och trafikljus. Programmet tilldelar varje avsnitt av vägen ett betyg och ger rekommendationer för förbättringar.

AI har redan analyserat nästan 3 000 km vägar i Orenburg-regionen och hittat de farligaste delarna.

Vad kan göras med digitala verktyg:

  • minska trafikstockningarna;
  • övervaka väder och miljöförhållanden;
  • använda resurser mer effektivt;
  • simulera byggandet av nya delar av väginfrastrukturen;
  • beräkna alternativ för att organisera förflyttning av obemannade fordon.

Ett annat ryskt projekt är mobiltlaboratorier från företaget Digital Roads. De automatiserar och påskyndar processen att digitalisera vägnätsobjekt så mycket att infrastrukturen med alla förändringar kommer att visas i realtid. Systemet kan fixa platsen för objekt med en noggrannhet på 10 cm, bestämma deras storlek och till och med läsa vad som står på dem. Utvecklingen ska ge en objektiv bild av infrastrukturens tillstånd och bidra till att hålla en noggrann redovisning av alla objekt och de förändringar som sker med dem.

Nätverk av mobila laboratorier ochDVR:er kan läsa upp till 150 km per dag. Systemet digitaliserar objekt, rapporterar nya och tillfälliga objekt, åtgärdar skador. Plattformen lagrar och analyserar historien om deras tillstånd, kontrollerar reklamskyltar och förbereder till och med trafikledningsprojekt.

Vem behöver digitala tvillingar?

Digitala tvillingar är mycket användbara, men inte föralla processer och företag. I vissa fall kommer att skapa en virtuell kopia av ett objekt att öka dess kostnad, men kommer inte att ge det önskade resultatet, tror IBM-experter.

Enligt forskarna, användningen av en tvillingkrävs för fysiskt stora och komplexa projekt som byggnader, broar, jetturbiner, bilar och flygplan. Tekniken kommer att vara användbar för energiföretag och industrier.

Marknaden för digitala tvillingar växer snabbt ochkommer att fortsätta växa i åtminstone några år till, förväntar sig experter. År 2020 uppskattades denna marknad till 3,1 miljarder dollar och år 2026 skulle den enligt vissa analytiker kunna nå omkring 48,2 miljarder dollar. Dess styrka har först nyligen bedömts av många företag och forskningsinstitutioner. Nu vill de testa simulerade storskaliga händelser - globala finansiella kriser, krig eller till och med människor.

Läs mer

Den största och mest kraftfulla vindgeneratorn är under uppbyggnad. Det kommer att ge energi till 20 tusen bostäder

Atomklocka -experiment bekräftar gravitationell rödförskjutning

Fjärrkontroll av lungor var lika effektivt som en undersökning ansikte mot ansikte