¿Qué es y para qué sirve un gemelo digital?
El concepto de gemelo digital (o Digital Twin) no es específico de nuestra propia naturaleza humana analógica, aunque sí se podría afirmar que es intrínseco a nuestra nueva naturaleza “virtual”, sobre todo, desde que los avances tecnológicos posibilitaron la representación de entidades o sistemas del mundo real.
Simplificando, un Digital Twin es una réplica digital de un ente físico. Son implementaciones software de modelos que reflejan el comportamiento de objetos, personas, procesos, espacios, dispositivos, sistemas complejos, así como de cualquier abstracción que podamos imaginar. Por una parte, tenemos el sistema u objeto real y por otra una copia virtual que contiene toda la información del sistema físico.
Con tantas posibilidades de aplicación, existen gemelos digitales de grandes sistemas planetarios como el sistema solar, ciudades como Shanghai, plantas de fabricación (principalmente conocido como Virtual Commissioning), productos con gran cantidad de telemetría y sensores tales como aeronaves, barcos, rovers, coches, … en definitiva, aquellos productos y servicios complejos que también suponen integraciones e interacciones complejas.
El metaverso, si bien todavía es un concepto abierto que tendremos que materializar entre todos y posteriormente intentaremos precisar, es una nueva área de utilidad, tanto de réplicas de objetos como de personas mediante avatares. Un gran ejemplo se ha producido en la última presentación de NVIDIA que presentó su CEO Jensen Huang, más bien su avatar, desde un gemelo digital de su cocina y nadie llegó a notar nada hasta que lo publicitaron.
¿Para qué nos ayudan?
Se utilizan en ingeniería, manufactura, operaciones y servicios.
Existen dos ideas principales subyacentes detrás de un gemelo digital:
Poder crear modelos analíticos para realizar simulaciones, prever los efectos ante posibles cambios y tomar medidas preventivas. Estos modelos se diseñan teniendo en cuenta las disciplinas que definen y afectan a nuestro sistema, la principal es la física, pero también intervienen otras como la química (composición y materiales de objetos), lógica, estadística e inteligencia aplicada, … Por ejemplo, un gemelo digital de una ciudad y con la simulación de movilidad de vehículos y peatones nos permite adelantarnos a los efectos producidos cuando se tiene que realizar una nueva obra o realizar un corte de tráfico, y así gestionar de forma más eficiente el tránsito. También organizar y optimizar los protocolos de emergencia ante un desastre natural en una determinada zona. O el efecto de un nuevo gran desarrollo urbanístico en el conjunto de la ciudad y diseñar los servicios necesarios, conociendo de antemano sus beneficios como también sus costes (seguridad, mantenimiento, alumbrado).
La reproducción del sistema físico original en tiempo real a través de la adquisición de datos de los sensores. Así los responsables pueden supervisar de forma remota en tiempo real el estado y si se produce una anomalía, actuar con rapidez. Este es un principio importante en su diseño y construcción, la simulación debe responder ante las señales de las entradas físicas del sistema real. No basta con la implementación software de entradas y conexiones que no son posibles en la realidad o la utilización de información en el modelo virtual que nunca va a estar disponible.
Entonces, ¿por qué son necesarios?
Con el acortamiento del ciclo de vida de los productos, y cada vez más flujos de datos conectados, un creciente número de redes, la necesidad de utilización de software de diseño más complejo en la producción, y sistemas más complicados de mecánica y electrónica, las organizaciones necesitan trabajar con los silos previamente asentados y garantizar el acceso a la información para realizar las decisiones más acertadas, a modo del paradigma Data Mesh que cubre esta misma necesidad a nivel de datos.
Los productos del mundo real y sus gemelos digitales acercan el mundo físico y el virtual en puntos interesantes dentro de la cadena de valor. Este es un salto para la innovación y saca a relucir las posibilidades de lo que se puede lograr.
Al relacionar y conectar los gemelos digitales, las empresas crean redes de inteligencia de activos y se genera una colaboración inteligente. La información de los diferentes gemelos digitales se almacena en un repositorio central a disposición de todas las áreas de empresa para mejorar el conocimiento y funcionamiento global. Se puede llegar a algún tipo de acuerdo para compartir esta información con los fabricantes y asociados, para beneficiarnos de un mayor volumen y una mejor comprensión de estos datos. La experiencia con otros clientes permite a los fabricantes prevenir complicaciones, sugerir en materia de mejora de productos, mantenimientos predictivos, y al final, poder ofrecérselo a nuestros propios clientes va a ser una gran ventaja competitiva y posiblemente determinante en un futuro.
De esta forma, con los datos de uso reales de activos y productos son el comienzo del modelo de negocio de producto como servicio (Product as a Service o PaaS). A partir de los flujos de datos continuos aplicando inteligencia artificial/aprendizaje automático (AI/ML) se puede obtener la visión de conjunto, el consumo y utilización en tiempo real, rendimiento para continuar automatizando, aprendiendo y mejorando la cadena de valor a través de todas las áreas de negocio.
Utilizando tecnología Blockchain a modo de firma se puede compartir de forma segura y fiable los gemelos digitales entre compañías, gobiernos, consumidores, innovadores y máquinas autónomas, revolucionando cómo los fabricantes de un producto colaboran con los operadores de los activos.
Según se incrementa la colaboración y se acelera la innovación, redunda en el diseño de mejores productos, más fiables y con mejor rendimiento. Generando nuevos tipos de negocio y nuevos mercados, con resultados que anteriormente ni siquiera se podrían haber imaginado.
Aunque el beneficio es aplicable a cualquier tipo de empresa, se hace más evidente en el mundo del emprendimiento o innovación (startups). Los gemelos digitales son muy interesantes para estudiar la viabilidad de sus productos en las primeras etapas del proyecto, es decir en fase de diseño, sin necesidad de acometer una gran inversión en la creación de prototipos mecánicos y ponerlos a prueba antes de su construcción física. Se pueden crear multitud de copias del gemelo digital y poner a prueba su comportamiento en diferentes escenarios, distintos parámetros y configuraciones, seleccionando para su construcción el que mejor se ajuste a las condiciones esperadas. Una virtud de los gemelos digitales es facilitar la presentación visual a posibles inversores y experimentar antes de un acercamiento a las condiciones reales de mercado.
¿Qué tecnologías son necesarias?
Dependiendo del sistema que se trata de reproducir, se pueden utilizar diferentes tipologías tecnológicas, siendo los tres grupos de tecnologías las más representativas y que cubren el mayor espectro de posibles usos.
- Sensores y dispositivos IoT (Internet of Things) que capturan los datos en el mundo real, permitiendo la conexión entre el mundo online y offline. Esta tecnología ha progresado mucho en los últimos años, ha mejorado y reducido el tamaño de los dispositivos, su eficiencia energética, sus capacidades de comunicación y disminuido su coste. Por lo que ha permitido la instalación de sensores en más objetos y el envío de información a la nube (edge computing) donde será aprovechada para su análisis y para la mejora su gemelo digital.
- Inteligencia Artificial / Machine Learning con la finalidad de analizar la información tanto recogida como simulada. La sinergia con la AI es evidente, ya que permite de forma autónoma la deducción de patrones de funcionamiento y optimización de los procesos productivos, obteniendo los conocimientos para obtener mejoras y nuevas oportunidades para la evolución del producto.
- Realidad digital o inmersiva, término que engloba tanto la realidad virtual, como la aumentada y la realidad mixta. La realidad virtual nos permite recrear el entorno permitiendo la conexión entre el mundo virtual y el real. La realidad aumentada sirve para interactuar en tiempo real con el sistema replicado a modo operativo y obtener información de los diferentes dispositivos, alcanzando un mejor entendimiento de los escenarios y problemas que pueden producirse.
Cabe destacar que, a un nivel más concreto de tecnología, y suponiendo una gran desventaja, de momento no existen estándares abiertos de interoperabilidad entre los fabricantes y actores que se están sumando al ecosistema software y hardware de generación de digital twins. Actualmente existe una organización llamada Digital Twin Consortium que aspira a ser la autoridad referente a los gemelos digitales, un ecosistema global que comprende industria, gobierno y academia.
Metaverso y gemelos digitales en i4.0
El metaverso se considera la siguiente evolución de internet, se podría expresar como un Internet 3D, espacios tridimensionales persistentes que integran el mundo virtual y real. Una forma distinta de interactuar con usuarios y empresas mediante avatares, el equivalente a un perfil de usuario en una red social. Nadie duda en estos momentos de los beneficios e importancia de las redes sociales para las compañías, por lo que es difícil dudar de su evolución natural. En base a que el metaverso funciona como complemento virtual del mundo real, se puede llegar a entender que los gemelos digitales pueden formar parte del metaverso. Por ejemplo, la información del transporte en el que viajamos (coche, avión, barco …) adquirida a través de los sensores alimenta a su gemelo digital con datos en tiempo real y al mismo tiempo éste nos permite la publicación de la información que deseemos compartir, como la geolocalización, condiciones meteorológicas, visión de cámara en nuestra red social favorita dentro del metaverso, asociada a nuestro representante que es el avatar.
Se escapa de nuestro objetivo profundizar en las aplicaciones del metaverso como usuarios en nuestro día a día futuro, nos centraremos a nivel comercial y empresarial. En estos casos, las tecnologías que se manejan y hemos descrito anteriormente, IoT, AI y realidad digital son las mismas que permiten el progreso hacia la Industria 4.0. De esta forma podemos englobar el metaverso dentro del concepto de transformación digital de las empresas e Industria 4.0. Recordaremos que según Wikipedia:
“La Industria 4.0 implica la completa digitalización de las cadenas de valor a través de la integración de tecnologías de procesamiento de datos, software inteligente y sensores; desde los proveedores hasta los clientes, para así poder predecir, controlar, planear, y producir, de forma inteligente, lo que genera mayor valor a toda la cadena”.
En definitiva, el metaverso colabora a incrementar nuestra cadena de valor, aumenta nuestra competitividad, la diferenciación de nuestros productos y su percepción de calidad.
Son muchas las aplicaciones del metaverso para las compañías, por citar algunos ejemplos, la posibilidad de crear oficinas virtuales para empleados más necesarias con el auge del teletrabajo, espacios virtuales de atención a los clientes, exposición y venta de bienes físicos o servicios, construir gemelos digitales de esas mismas oficinas o plantas de fabricación que pueden ser visitadas, realizar la capacitación de trabajadores o aprendizaje de herramientas, máquinas o procesos en aulas virtuales.
En el artículo “The Metaverse Value-Chain”, cuya lectura recomiendo, el experto Jon Radoff describe la cadena de valor de este mercado, a partir de experiencias de personas que buscan las tecnologías habilitadoras que lo hacen posible.
También prescribe una visión de un futuro metaverso potenciado por creadores y construido de forma descentralizada. En la imagen, las siete capas definidas en el ecosistema.
La industria privada está invirtiendo mucho en el metaverso, nadie se quiere quedar fuera de esta visión de futuro y nuevos mercados. A continuación, se muestra un mapa de las compañías clave en cada capa.
Fuente: Metaverse Market Map
Desde nuestra experiencia en Scalian Spain, hemos realizado prototipados de gemelos digitales para el sector industrial y automoción que a mostramos a continuación.
Una fábrica con varias líneas de producción, como caso de Virtual Commissioning:
Gemelo digital de mapeo 3D de entornos con tecnología LIDAR y algoritmos SLAM (Simultaneous Localization And Mapping):
Coche gemelo digital aplicando AI: entrenamiento y conducción “autónoma”.
El futuro de los Digital Twins
La industria se encuentra en la mayor etapa de digitalización hasta el momento, en lo que se considera ya como la cuarta revolución industrial o i4.0. Se debe a los avances en robótica, automatización y control de las líneas de producción, a lo que se suma el metaverso donde es posible simular entornos completos mediante gemelos digitales para decisiones importantes y estratégicas a corto, medio y largo plazo.
A medida que los gemelos digitales integren más capacidades de AI y aprendizaje automático, evolucionarán de sus funciones actuales más conceptuales hacia un papel más inteligente y autónomo que supongan herramientas de más utilidad.
Las necesidades de las organizaciones y personas son las que determinarán el futuro de los gemelos digitales, que hemos visto que disponen de grandes posibilidades en todos los ámbitos empresariales. Esta tecnología tiene amplio recorrido de aplicación en cualquier tipo de industria, fabricación, salud, automoción, construcción, diseño, defensa, … En el futuro se espera que tenga gran proyección según se vaya incorporando esta tecnología a los procesos industriales y posteriormente en nuestra vida diaria.
Posiblemente en el futuro, un ecosistema de gemelos digitales ayudará a las compañías y gobiernos a coordinarse y responder a los desafíos globales organizando conjuntamente grandes cambios con la posibilidad de prever completamente sus efectos. Dotando de esta información y con estas previsiones los gemelos digitales se convertirán en grandes aliados para construir un futuro mejor.
.jpg){kind=link}