สำเนาดิจิทัลของผู้คน เมือง และวิกฤต: วิธีที่นักวิทยาศาสตร์สร้างแบบจำลองอนาคต

เทคโนโลยีจากอวกาศ: ฝาแฝดดิจิทัลช่วย Apollo 13 ได้อย่างไร

"ฮูสตันพวกเรามีปัญหา." หลายคนคุ้นเคยกับเรื่องนี้

วลีที่มีชื่อเสียง แต่ไม่ใช่ทุกคนที่รู้ว่าปัญหาที่รายงานโดยลูกเรือในภารกิจดวงจันทร์ Apollo 13 ของ NASA ได้รับการแก้ไขด้วยต้นแบบแฝดดิจิทัล

สองวันแรกของการบินของ Apollo 13 ได้ผ่านไปแล้วหน่วยงานอวกาศกล่าวอย่างสงบ ยกเว้นเรื่องเซอร์ไพรส์เล็กๆ น้อยๆ สองสามเรื่อง เจ้าหน้าที่ปฏิบัติหน้าที่ โจ เคอร์วินยังกล่าวอีกว่า "เราจะตายด้วยความเบื่อหน่ายที่นี่" แต่นี่เป็นครั้งสุดท้ายที่ทุกคนพูดถึงความเบื่อหน่าย

ไม่กี่นาทีหลังจากช่วงการสื่อสารถังออกซิเจนระเบิด ในช่วงเวลานั้น วลีที่มีชื่อเสียงก็ดังขึ้น: ลูกเรือรายงานปัญหาต่อเพื่อนร่วมงานจาก NASA นักบินอวกาศเห็นก๊าซจากถังออกซิเจนถูกโยนขึ้นสู่อวกาศด้วยความเร็วสูง เซ็นเซอร์ในเวลาต่อมาได้แสดงให้เห็นการสูญเสียเซลล์เชื้อเพลิงสองในสามเซลล์ ปัญหาของภารกิจไม่ได้จบเพียงแค่นั้น พวกเขาตัดสินใจละทิ้งการลงจอดบนดวงจันทร์ งานหลักของวิศวกรที่ยังคงอยู่บนโลกคือการหาวิธีช่วยชีวิตลูกเรืออย่างเร่งด่วนซึ่งอยู่ห่างจากพวกเขามากกว่า 320,000 กม.

การตัดสินใจผิดพลาดใดๆ อาจนำไปสู่ผลที่ตามมาที่ไม่สามารถแก้ไขได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องดำเนินการอย่างแน่นอน ผู้เชี่ยวชาญของ NASA มีเครื่องจำลอง 15 เครื่องซึ่งใช้ในการฝึกอบรมนักบินอวกาศและดิสแพตเชอร์ เพื่อหาสถานการณ์ต่างๆ รวมถึงความล้มเหลว Gene Krantz ผู้อำนวยการการบินของ NASA กล่าวว่าหนึ่งในเทคโนโลยีที่ท้าทายที่สุดในโครงการอวกาศทั้งหมดคือการจำลอง สิ่งที่เป็นจริงระหว่างการฝึกคือลูกเรือ ห้องนักบิน และแผงควบคุม เขาตั้งข้อสังเกตว่าอย่างอื่นทั้งหมดเป็นเสมือน สร้างขึ้นโดย "คอมพิวเตอร์จำนวนมาก สูตรมากมาย และบุคลากรที่มีทักษะ"

เพื่อส่งลูกเรือกลับศูนย์โลกฝ่ายบริหารจำเป็นต้องหาวิธีใช้งานเรือที่เสียหายร้ายแรงในรูปแบบที่แตกต่างจากที่ใช้คำนวณในตอนแรกมาก ทีมต้องหาวิธีใหม่ในการประหยัดพลังงาน ออกซิเจน และน้ำ หาวิธีรีสตาร์ทโมดูลคำสั่ง ซึ่งไม่ได้ออกแบบมาเพื่อปิดระบบในอวกาศ

ตัวจำลองเองแม้จะใช้ร่วมกับระบบคอมพิวเตอร์ทั้งหมดไม่สามารถเรียกได้ว่าเป็นแฝดดิจิตอลเต็มรูปแบบ แต่วิธีการทำงานของทีม NASA นั้นสามารถเทียบได้กับวิธีการทำงานของ Double: ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องจำลอง วิศวกรได้จำลองสถานการณ์ต่างๆ ที่ช่วยให้พวกเขาเลือกกลยุทธ์ที่เหมาะสมในการนำลูกเรือกลับมา ผู้เชี่ยวชาญระบุถึงปัจจัยที่ว่าทำไมระบบที่ NASA ใช้ในการช่วยเหลือลูกเรือ Apollo 13 จึงถือเป็นเครื่องต้นแบบดิจิทัลแฝดได้

  • Digital Twins จะมีประโยชน์มากที่สุดเมื่อเกี่ยวข้องกับวัตถุทางกายภาพที่ไม่สามารถเข้าถึงได้เพื่อควบคุมอิทธิพลของมนุษย์ พวกเขาต้องการผลตอบรับอย่างต่อเนื่องจากวัตถุทางกายภาพเพื่ออัปเดตข้อมูลและตัดสินใจ ในอพอลโล 13 การสื่อสารมีบทบาทนี้
  • แฝดดิจิทัลก็น่าจะเพียงพอแล้วมีความยืดหยุ่นในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงในวัตถุทางกายภาพที่เกี่ยวข้อง NASA กำหนดค่าเครื่องจำลองใหม่ภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมงเพื่อสร้างการกำหนดค่าที่ไม่ได้ออกแบบมาสำหรับ
  • ภารกิจ Apollo 13 ไม่มีระบบดิจิทัลสองเท่า: หน่วยงานอวกาศใช้เครื่องจำลอง 15 เครื่องเพื่อคำนวณรายละเอียดต่างๆ แฝดดิจิทัลยุคใหม่ยังประกอบด้วยโมเดลการโต้ตอบมากมาย

NASA กำลังใช้ฝาแฝดดิจิทัลเพื่อการพัฒนาคำแนะนำ แผนที่ถนน และเรือรุ่นใหม่ “เป้าหมายสูงสุดของดิจิทัลทวินคือการสร้าง ทดสอบ และสร้างอุปกรณ์ในสภาพแวดล้อมเสมือนจริง เฉพาะเมื่อเราได้สิ่งที่ตรงตามข้อกำหนดของเราเท่านั้นที่เราจะสร้างมันขึ้นมาจริง ในเวลาเดียวกัน เราต้องการให้วัตถุเชื่อมต่อกับดิจิตอลทวินผ่านเซ็นเซอร์ และดิจิตอลทวินมีข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับวัตถุ” จอห์น วิคเกอร์ส พนักงานของ NASA อธิบาย

ฝาแฝดดิจิทัลสามารถใช้ที่ใดในโลก

การออกแบบฝาแฝดดิจิทัลช่วยได้ลองใช้สถานการณ์จำลองเพิ่มเติมล่วงหน้า - บนแบบจำลองเสมือน ไม่ใช่บนวัตถุจริง ด้วยความช่วยเหลือของฝาแฝด มันเป็นไปได้ที่จะเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานของอาคาร ปรับผลกระทบต่อสภาพอากาศ และรับข้อมูลเกี่ยวกับโหลดบนวัตถุและความล้มเหลว และไม่สำคัญว่าเรากำลังพูดถึงวัตถุประเภทใด เครื่องมือกล เครื่องบิน หรืออาคาร ฝาแฝดดิจิทัลใช้ข้อมูลแบบเรียลไทม์ต่างจากเครื่องจำลองแบบคลาสสิก นอกจากนี้ ตัวจำลองจะศึกษากระบวนการหนึ่ง และฝาแฝดสามารถเรียกใช้การจำลองจำนวนที่แตกต่างกันสำหรับการคำนวณ

เทคโนโลยีดิจิทัลแฝด เช่นใช้ซีเมนส์ บริษัทพึ่งพาพวกเขาเพื่อช่วยออกแบบกังหันก๊าซ จัดระเบียบโรงงานหรืออาคารใหม่ เช่น ที่สำนักงานใหญ่ในสวิตเซอร์แลนด์ เทคโนโลยีนี้ช่วยสร้างรถยนต์ไฟฟ้าสามล้อ Solo จาก Electra Meccanica บริษัทสตาร์ทอัพสัญชาติแคนาดา วิศวกรทำการทดสอบล่วงหน้าและปรับแต่งองค์ประกอบทั้งหมดของรถโดยใช้ฝาแฝดดิจิตอล

ที่ใช้ฝาแฝดดิจิตอล:

  • ในอุตสาหกรรม แฝดดิจิทัลของอาคาร กระบวนการทางเทคโนโลยี และแม้แต่ผลิตภัณฑ์แต่ละชิ้นได้ถูกสร้างขึ้น
  • ผู้ผลิตรถยนต์กำลังละทิ้งการทดสอบการชนของรถยนต์รุ่นใหม่ และแทนที่ด้วยการทดสอบเสมือนจริง
  • ในอุตสาหกรรมก่อสร้าง จำหน่ายได้รับเทคโนโลยี BIM ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา คุณสามารถสร้างแบบจำลองของทางแยกต่างระดับการคมนาคมใหม่และดูว่าการจราจรมีการกระจายตัวอย่างไร จำลองรูปแบบการจราจรใหม่สำหรับคนเดินถนนใกล้สถานีรถไฟใต้ดิน และประเมินว่าวิธีนี้มีประสิทธิผลเพียงใด และสามารถเพิ่มความเร็วของการจราจรได้หรือไม่

ใครมีฝาแฝดดิจิทัลในรัสเซีย

ในรัสเซีย การแปลงวัตถุเป็นดิจิทัลเป็นที่รู้จักสำหรับห้องปฏิบัติการเคลื่อนที่ "ยานเดกซ์" และ Google ซึ่งเดินทางรอบเมืองและถ่ายภาพพาโนรามา การทำสำเนาถนนและอาคารแบบดิจิทัลทำให้ชีวิตง่ายขึ้นสำหรับผู้คนโดยอนุญาตให้พวกเขากำหนดเส้นทาง ติดตามความแออัดของการจราจร และติดตามการซ่อมแซมไปพร้อมกัน แต่นี่เป็นเพียงส่วนเล็กสุดของภูเขาน้ำแข็ง - การเดินเรือแบบคู่สามารถช่วยในการนำทางที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นได้

กำลังดำเนินการพัฒนาฝาแฝดดิจิทัลในรัสเซียRostec และ GLONASS บริษัทต่างๆ ได้เปิดตัวโครงการร่วมที่พวกเขารวบรวมข้อมูลจากเครื่องบันทึกวิดีโอและรวมเข้ากับแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของโครงสร้างพื้นฐานของถนน (แฝดดิจิตอลเดียวกัน) และข้อมูลจากกล้องถ่ายภาพบนท้องถนน ปัญญาประดิษฐ์ (AI) วิเคราะห์ภาพนี้และเปรียบเทียบผลลัพธ์กับมาตรฐานความปลอดภัย - ความกว้างของถนนและจำนวนช่องจราจร ตำแหน่งของป้ายจราจรและสัญญาณไฟจราจร โปรแกรมจะให้คะแนนในแต่ละส่วนของถนนและให้คำแนะนำสำหรับการปรับปรุง

AI ได้วิเคราะห์ถนนเกือบ 3,000 กม. ในภูมิภาค Orenburg และพบส่วนที่อันตรายที่สุด

เครื่องมือดิจิทัลทำอะไรได้บ้าง:

  • ลดปัญหาการจราจรติดขัด
  • ติดตามสภาพอากาศและสิ่งแวดล้อม
  • ใช้ทรัพยากรอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
  • จำลองการก่อสร้างองค์ประกอบใหม่ของโครงสร้างพื้นฐานถนน
  • คำนวณตัวเลือกสำหรับจัดระเบียบการเคลื่อนที่ของยานพาหนะไร้คนขับ

โครงการอื่นของรัสเซียคือมือถือห้องปฏิบัติการของ บริษัท "Digital Roads" พวกเขาทำให้เป็นอัตโนมัติและเร่งกระบวนการแปลงวัตถุของเครือข่ายถนนให้เป็นดิจิทัลมากจนโครงสร้างพื้นฐานที่มีการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดจะแสดงตามเวลาจริง ระบบสามารถแก้ไขตำแหน่งของวัตถุด้วยความแม่นยำ 10 ซม. กำหนดขนาดของวัตถุ และแม้กระทั่งอ่านสิ่งที่เขียนไว้ การพัฒนาจะให้ภาพที่เป็นรูปธรรมของสถานะของโครงสร้างพื้นฐานและจะช่วยในการเก็บบันทึกวัตถุและการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดที่เกิดขึ้นอย่างละเอียดถี่ถ้วน

เครือข่ายห้องปฏิบัติการเคลื่อนที่และDVR สามารถอ่านได้ 150 กม. ต่อวัน ระบบแปลงวัตถุเป็นดิจิทัล รายงานวัตถุใหม่และวัตถุชั่วคราว และบันทึกความเสียหาย แพลตฟอร์มจะจัดเก็บและวิเคราะห์ประวัติสภาพของพวกเขา ควบคุมป้ายโฆษณา และแม้กระทั่งเตรียมโครงการจัดการจราจร

ใครต้องการฝาแฝดดิจิทัล?

ฝาแฝดดิจิตอลมีประโยชน์มาก แต่ไม่จำเป็นสำหรับกระบวนการและบริษัททั้งหมด ในบางกรณี การสร้างสำเนาเสมือนของวัตถุจะเพิ่มต้นทุน แต่จะไม่ให้ผลลัพธ์ที่ต้องการ ตามที่ผู้เชี่ยวชาญของ IBM กล่าว

นักวิจัยกล่าวว่าการใช้ doubleจำเป็นสำหรับโครงการที่มีขนาดใหญ่และซับซ้อน เช่น อาคาร สะพาน เจ็ทเทอร์ไบน์ รถยนต์ และเครื่องบิน เทคโนโลยีนี้จะเป็นประโยชน์สำหรับองค์กรและอุตสาหกรรมด้านพลังงาน

ตลาดคู่ดิจิทัลกำลังขยายตัวอย่างรวดเร็วและผู้เชี่ยวชาญคาดว่าจะเติบโตต่อไปอีกอย่างน้อยหลายปี ในปี 2020 ตลาดนี้มีมูลค่าประมาณ 3.1 พันล้านดอลลาร์ และภายในปี 2569 นักวิเคราะห์บางคนคาดการณ์ว่าอาจถึง 48.2 พันล้านดอลลาร์ บริษัทและสถาบันวิจัยหลายแห่งเพิ่งประเมินความแข็งแกร่งของตลาดเมื่อไม่นานมานี้ ตอนนี้พวกเขาต้องการทดสอบการจำลองเหตุการณ์ขนาดใหญ่ - วิกฤตการเงินโลก สงคราม หรือแม้แต่ผู้คน

อ่านเพิ่มเติม

เครื่องกำเนิดลมที่ใหญ่ที่สุดและทรงพลังที่สุดอยู่ในระหว่างการก่อสร้าง จะให้พลังงานแก่บ้านเรือน 20,000 หลัง

การทดลองนาฬิกาอะตอมยืนยันการเปลี่ยนแปลงความโน้มถ่วง

การตรวจปอดทางไกลมีประสิทธิภาพเท่ากับการตรวจแบบตัวต่อตัว