La aplicación de gemelos digitales está llegando a todas las industrias, y algunos de los ejemplos recientes más interesantes son la mejora de las operaciones de activos industriales y la virtualización de infraestructuras urbanas enteras y ciudades inteligentes.
El uso inmediato de gemelos digitales existe en aplicaciones industriales, particularmente para diseñar y planificar maquinaria, pero los gemelos digitales más completos permiten a los operadores aumentar la eficacia y eficiencia de las operaciones cuando utilizan equipos industriales e instalaciones completas.
El fabricante de equipos marinos y energéticos, Wärtsilä Voyage Services, utiliza gemelos digitales para simulaciones de entrenamiento; de hecho, los simuladores pueden reconstruir situaciones pasadas con fines de entrenamiento. En lo que respecta al cliente, la empresa emplea gemelos digitales para optimizar el consumo de combustible. El gemelo es el modelo matemático de un sistema de barco particular. El gemelo representa el motor, el casco o incluso el consumo de energía del hotel en un crucero, por ejemplo.
La empresa utiliza la representación del barco real para modelar el funcionamiento óptimo y obtener mejores resultados en el consumo de combustible. Wärtsilä Voyage Services puede luego comparar el resultado con las operaciones reales para identificar las causas fundamentales del exceso de costos para mejorar el sistema. La empresa utiliza este enfoque para brindar servicios a sus clientes para ayudarlos a mejorar su desempeño al planificar viajes eficientes.
En la gestión de instalaciones, el fabricante subcontratado de productos electrónicos Foxconn está empleando el gemelo digital de Nvidia para trabajar con una representación virtual de una nueva fábrica en Guadalajara, México. Los ingenieros del fabricante contratado están especificando los procesos necesarios y entrenando robots industriales en este entorno de gemelo digital.
Para colocar una gran cantidad de brazos robóticos para garantizar un proceso eficiente, los ingenieros emplearon miles de sensores y muchas cámaras de video. Young Liu, presidente de Foxconn, destaca las expectativas. “Nuestro gemelo digital nos guiará hacia nuevos niveles de automatización y eficiencia industrial, ahorrando tiempo, costos y energía”, afirmó.
Issac Manipulator de Nvidia respalda el proceso de creación de comportamientos de los brazos robóticos con bibliotecas y modelos de inteligencia artificial (IA) para aprovechar el entorno virtual y crear procesos cada vez más eficientes en el mundo real.
Los gemelos digitales facilitan la gestión del sitio
Hitachi Construction Machinery ha creado un gemelo digital para las obras de construcción para respaldar la gestión del progreso y el funcionamiento de la maquinaria autónoma. La plataforma asociada crea una representación virtual en tiempo real del sitio de construcción físico que presenta la ubicación de los trabajadores, información sobre el estado de la maquinaria de construcción y cambios en el terreno del sitio de construcción como resultado del trabajo en curso. La información permite a Hitachi controlar la maquinaria de forma remota a través de Internet de forma segura.
Las aplicaciones relacionadas se están convirtiendo en servicios que las empresas ofrecen a sus clientes. Desde mayo de 2024, los clientes de Amazon Web Services (AWS) pueden utilizar el servicio de optimización y automatización de almacenes (WAO) de la empresa para crear centros logísticos eficientes.
Además, el equipo global de servicios de seguridad e ingeniería de Amazon ayuda a los clientes mapeando sus almacenes salientes con escáneres Lidar para crear una representación 3D. Luego, el equipo está modelando un gemelo digital, incluida la creación de una biblioteca de activos digitales de representaciones de objetos del mundo real, como estaciones de carga para montacargas, transportadores y estaciones de trabajo. Luego, el gemelo digital se utiliza para desarrollar conceptos de diseños de almacén alternativos.
El gobierno de Estados Unidos también ha reconocido la importancia de los gemelos digitales para mejorar industrias enteras. El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. (NIST) ha publicado un Aviso de oportunidad de financiamiento en el que busca propuestas “para establecer y operar un Instituto de Fabricación de Chips de EE. UU. centrado en gemelos digitales con activos físicos integrados y capacidades computacionales (activos digitales) para abordar importantes semiconductores. Desafíos de la industria manufacturera”.
El NIST prevé una financiación federal de hasta unos 285 millones de dólares durante un período de hasta cinco años. El objetivo del instituto es crear un entorno de colaboración para impulsar la innovación y apoyar el desarrollo de gemelos digitales de semiconductores. “El nuevo instituto, conocido como Smart USA (Semiconductor Manufacturing and Advanced Research with Twins USA) se centrará en los esfuerzos para desarrollar, validar y utilizar gemelos digitales para mejorar los procesos nacionales de diseño, fabricación, embalaje avanzado, ensamblaje y prueba de semiconductores”. reclamos.
De manera similar, en octubre de 2024, la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., en colaboración con los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. y la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU., otorgó más de 6 millones de dólares en fondos de investigación para investigar el desarrollo de gemelos digitales para aplicaciones en investigación biomédica y cuidado de la salud.
Los gemelos digitales impulsan el rendimiento de la infraestructura
Los gemelos digitales pueden mejorar el uso y las operaciones de las infraestructuras de apoyo de regiones enteras. Por ejemplo, la Universidad Heriot-Watt y la Universidad de Glasgow están utilizando gemelos digitales en una iniciativa de £46 millones para investigar cómo se pueden descarbonizar los sistemas de transporte del Reino Unido. Las universidades crearán TransiT Hub, una instalación de investigación que recopilará datos del mundo real a través de sensores e introducirá la información en un gemelo digital para probar varios escenarios para reducir las emisiones de carbono.
Mientras tanto, la Universidad Carnegie Mellon y Fujitsu han utilizado la IA para “visualizar situaciones de tráfico, incluidas personas y vehículos, como parte de una investigación conjunta sobre Social Digital Twin”.
“Social Digital Twin reproduce digitalmente las relaciones y conexiones entre personas, bienes, economía y sociedad para ofrecer un entorno de simulación, predicción y toma de decisiones en el que resolver cuestiones sociales diversas y complejas”, afirman.
Un gemelo de este tipo puede permitir a los usuarios experimentar cambios en los entornos urbanos, la gestión del tráfico y muchas otras cuestiones que requieren negociaciones complejas entre las partes interesadas para encontrar mejores soluciones y compromisos.
En la gestión del agua, los gemelos digitales pueden brindar un apoyo crucial, porque múltiples factores desempeñan papeles importantes y el monitoreo en tiempo real es una consideración importante. Un ejemplo del uso de plantas de tratamiento virtuales proviene de Trinity River Authority (TRA) de Texas, que cubre 18.000 millas cuadradas y suministra agua potable a 39 ciudades clientes.
“Los datos desempeñan un papel clave en las operaciones diarias de una planta, ya que proporcionan información sobre cómo va el proceso”, afirma David Naranjo, desarrollador de aplicaciones y sistemas de TI en TRA.
En el pasado, los trabajadores tenían que comprobar los medidores visualmente para recuperar datos, y dicha recuperación sólo se producía si era necesario adquirir actualizaciones de datos. Los datos de la planta de tratamiento se recogieron y procesaron en formato papel, lo que generó errores humanos y problemas de almacenamiento, entre otros problemas.
El conjunto de software del líder en software de diseño Autodesk permitió a TRA crear el gemelo digital y aprovechar los datos de la planta de manera más efectiva y eficiente. Los desafíos de las operaciones son muy específicos de la tarea. La calidad del agua debe medirse y controlarse, pero a las exigencias se suman otras cuestiones. Los modelos de afluencia e infiltración derivados de la lluvia (RDII) y de infiltración del suelo desempeñan un papel en el diseño y las operaciones de las plantas de tratamiento. Un gemelo digital puede respaldar ambas tareas.
“Con demasiada frecuencia, los modelos se construyen sólo con fines de planificación, generalmente para dimensionar las tuberías y para que las instalaciones de tratamiento manejen el flujo máximo durante las grandes tormentas. [but here] Los operadores de la planta de tratamiento obtienen más información sobre cómo funciona el sistema y [make] les resulta más fácil tomar mejores decisiones”, afirma el ingeniero senior de soporte Mel Meng.
La gestión del agua va mucho más allá del tratamiento del agua. Regiones enteras pueden beneficiarse de la modelización ambiental, que será cada vez más necesaria a medida que el cambio climático afectará a regiones de todo el mundo de diversas maneras. Los gemelos digitales pueden ayudar a mapear peligros potenciales para tomar medidas de prevención de desastres o evitar áreas problemáticas por completo. Por ejemplo, en Texas, entre Austin y San Antonio, se encuentra la ciudad de San Marcos. La zona forma parte del llamado Callejón de las Inundaciones Repentinas, “una de las regiones más propensas a inundaciones del continente”.
Esta situación no es nueva (la zona ha sido susceptible a inundaciones durante milenios), pero la región está creciendo rápidamente. Y con más gente, aumentan los riesgos de una construcción a prueba de desastres.
San Marcos podría recordar una inundación particularmente devastadora en abril de 2017 para pensar en la causa de dichas inundaciones y qué cambios en la infraestructura son necesarios para prevenir futuras catástrofes. Los consultores utilizaron InfoWorks ICM de Autodesk para modelar la región. El software permite a los ingenieros modelar “elementos complejos de redes hidráulicas e hidrológicas de forma rápida y precisa en un entorno colaborativo”.
Los gemelos digitales permiten la visualización de entornos urbanos
Allison Emmerson, arqueóloga y profesora asociada de la Universidad de Tulane, está trabajando en un proyecto de excavación en Pompeya, Italia, famosa por la destrucción del monte Vesubio hace casi dos milenios. Es directora de una colaboración entre universidades que comenzó en 2021. El proyecto Pompeya I.14 combina esfuerzos de excavación tradicionales con tecnologías geoespaciales para crear gemelos digitales del sitio.
“Tener el gemelo digital lo convierte en un juego de pelota completamente nuevo”, afirma. “Realmente nos permite regresar como si estuviéramos en la excavación”.
Mientras tanto, el Vaticano y Microsoft han colaborado para generar una representación virtual de la Basílica de San Pedro mediante IA. Se utilizaron unas 400.000 fotografías digitales para crear el gemelo digital. “Es literalmente uno de los proyectos de su tipo más avanzados y sofisticados desde el punto de vista tecnológico que jamás se haya llevado a cabo”, afirma el presidente de Microsoft, Brad Smith.
Ambos proyectos son ejemplos recientes del uso de gemelos digitales para preservar y recrear edificios históricos y objetos culturales.
Crear gemelos digitales es cada vez más fácil y menos costoso a medida que proliferan las aplicaciones. La recreación de artefactos y entornos culturales e históricos se convertirá en una práctica generalizada, generando en el proceso aplicaciones inmersivas de investigación, educación y entretenimiento.
Martin Schwirn es el autor de Pequeños datos, grandes disrupciones: cómo detectar señales de cambio y gestionar la incertidumbre (ISBN 9781632651921). También es asesor principal de previsión estratégica en Business Finland, ayudando a empresas emergentes y ya establecidas a encontrar su posición en el mercado del mañana..