[04/04/2022] La tecnología de gemelos digitales ha ido más allá de la fabricación y ha profundizado en los mundos fusionados del Internet de las cosas, la inteligencia artificial y la analítica de datos.
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A medida que se conectan "cosas” más complejas, con la capacidad de producir datos, tener un equivalente digital brinda a los científicos de datos y otros profesionales de TI la capacidad de optimizar las implementaciones para lograr la máxima eficiencia y crear otros escenarios hipotéticos.
¿Qué es un gemelo digital?
Un gemelo digital es una representación digital de un objeto o sistema físico. La tecnología detrás de los gemelos digitales se ha expandido para incluir edificios, fábricas e incluso ciudades; y algunos han argumentado que incluso las personas y los procesos pueden tener gemelos digitales, ampliando aún más el concepto.
El concepto de gemelo digital surgió por primera vez en la NASA: las maquetas a escala real de las primeras cápsulas espaciales, utilizadas en tierra para reflejar y diagnosticar problemas en órbita, acabaron dando paso a simulaciones totalmente digitales.
Pero el término realmente despegó luego de que Gartner nombrara a los gemelos digitales como una de sus 10 principales tendencias tecnológicas estratégicas para el 2017, diciendo que, dentro de tres a cinco años, "miles de millones de cosas estarán representadas por gemelos digitales, un modelo de software dinámico de una cosa o sistema físico”. Un año después, Gartner volvió a nombrar a los gemelos digitales como una de las principales tendencias, afirmando que "con un estimado de 21 mil millones de sensores y puntos finales conectados para el 2020, los gemelos digitales se aplicarán para millones de cosas en un futuro cercano”.
En esencia, un gemelo digital es un programa de computadora que toma datos del mundo real sobre un objeto o sistema físico como entradas (inputs) y produce como salidas (outputs) predicciones o simulaciones de cómo ese objeto o sistema físico se verá afectado por esas entradas.
¿Cómo funciona un gemelo digital?
Un gemelo digital cobra vida siendo construido por especialistas, que suelen ser expertos en ciencia de datos o matemáticas aplicadas. Estos desarrolladores investigan la física que subyace al objeto o sistema físico que se quiere imitar, y utilizan esos datos para desarrollar un modelo matemático que simula el original del mundo real en el espacio digital.
El gemelo se construye de manera que pueda recibir información de los sensores que recopilan datos de una contraparte del mundo real. Esto permite que el gemelo simule el objeto físico en tiempo real, y también ofrece información sobre el rendimiento y los posibles problemas. Además, el gemelo podría diseñarse sobre la base de un prototipo de su contraparte física, en cuyo caso puede proporcionar retroalimentación a medida que se perfecciona el producto. Un gemelo podría incluso servir como prototipo antes de que se construya una versión física.
El proceso se describe con cierto detalle en este artículo de Eniram, una empresa que crea gemelos digitales de los enormes buques portacontenedores que transportan gran parte del comercio mundial: un tipo extremadamente complejo de aplicación de gemelo digital. Sin embargo, un gemelo digital puede ser tan complicado o simple como desee, y la cantidad de datos que utilice para crearlo y actualizarlo determinará la precisión con la que simulará un objeto físico. Por ejemplo, este tutorial describe cómo construir un gemelo digital simple de un automóvil, tomando solo unas pocas variables de entrada para calcular el kilometraje.
Gemelo digital versus simulación
Los términos simulación y gemelo digital suelen utilizarse indistintamente, pero son cosas diferentes. Una simulación se diseña con un sistema CAD o una plataforma similar, y se puede poner a prueba con sus ritmos simulados, pero es posible que no tenga una analogía uno a uno con un objeto físico real. Un gemelo digital, por el contrario, se construye a partir de las entradas de sensores IoT en equipos reales, lo que significa que replica un sistema del mundo real y cambia con ese sistema a lo largo del tiempo. Las simulaciones tienden a usarse durante la fase de diseño del ciclo de vida de un producto, tratando de predecir cómo funcionará un producto futuro, mientras que un gemelo digital proporciona a todas las partes del negocio una visión de cómo funciona actualmente un producto o sistema que ya están usando.
Casos de uso de gemelos digitales
Los ejemplos de gemelos digitales que destacamos anteriormente, el automóvil y el buque de carga, brindan una idea de los posibles casos de uso. Objetos como motores de aviones, trenes, plataformas petroleras en alta mar y turbinas se pueden diseñar y probar digitalmente antes de ser producidas físicamente. Estos gemelos digitales también podrían usarse para ayudar con las operaciones de mantenimiento. Por ejemplo, los técnicos podrían usar un gemelo digital para probar que una solución propuesta para un equipo funciona antes de aplicarla.
Las aplicaciones empresariales de gemelos digitales se encuentran en varios sectores:
- El sector manufacturero es el más avanzado en los despliegues de gemelos digitales. Hay fábricas que ya los utilizan para simular sus procesos, como ilustra este estudio de caso de Deloitte.
- Los gemelos digitales automotrices son posibles porque los automóviles ya están equipados con sensores de telemetría, pero perfeccionar la tecnología será más importante a medida que más se utilicen más vehículos autónomos.
- El sector salud es en donde se podrían producir gemelos digitales de personas. Los sensores del tamaño de una curita podrían enviar información de salud a un gemelo digital utilizado para monitorear y predecir el bienestar de un paciente.
¿Qué tipos de gemelos digitales existen?
IBM ofrece un esquema de categorización que no se basa en industrias específicas sino en la complejidad de lo que se está hermanando. Esto brinda una manera útil de abordar las necesidades en casos de uso específicos y ofrece una mirada al amplio espectro de lo que pueden hacer los gemelos digitales:
- Los gemelos de componentes o partes simulan el ejemplo más pequeño de un componente en funcionamiento.
- Los gemelos de activos simulan dos o más componentes trabajando juntos y permiten estudiar las interacciones entre ellos.
- Los gemelos de sistemas o unidades permiten ver cómo los activos de múltiples sistemas funcionan juntos, simulando una línea de producción completa, por ejemplo.
- Los gemelos de procesos toman la vista de nivel superior absoluto de los sistemas que trabajan juntos, lo que permite descubrir cómo podría operar una fábrica entera.
Es importante señalar que mientras más componentes se añaden a la mezcla, mayor será la complejidad. En particular, mezclar y combinar componentes de distintos fabricantes puede resultar difícil, ya que es necesario que la propiedad intelectual de cada uno sea compatible dentro del mundo del gemelo digital.
Gemelos digitales e IoT
Claramente, la explosión de sensores de IoT es parte de lo que hace posibles los gemelos digitales. Y a medida que se perfeccionan los dispositivos IoT, los escenarios de gemelos digitales pueden incluir objetos más pequeños y menos complejos, lo que brinda beneficios adicionales a las empresas.
Los gemelos digitales se pueden usar para predecir diferentes resultados basados en datos variables. Esto es similar al escenario de la simulación que muchas veces se ve en las películas de ciencia ficción, donde se prueba un posible escenario dentro del entorno digital. Con software adicional y analítica de datos, los gemelos digitales a menudo pueden optimizar una implementación de IoT para alcanzar la máxima eficiencia, así como ayudar a los diseñadores a determinar dónde deben ir las cosas o cómo funcionan antes de que se desplieguen físicamente.
Cuanto más pueda un gemelo digital duplicar el objeto físico, más probable será que se encuentren eficiencias y otros beneficios. Por ejemplo, en el sector manufacturero, donde se implementan dispositivos altamente instrumentados, los gemelos digitales pueden simular cómo se han desempeñado los dispositivos a lo largo del tiempo, lo que podría ayudar a predecir el rendimiento futuro y posibles fallas.
Proveedores de gemelos digitales
Construir un gemelo digital es complejo y todavía no existe una plataforma estandarizada para hacerlo. Ian Skerrett, un consultor que trabaja en este campo y tiene una larga trayectoria en código abierto, ha propuesto el esquema de una plataforma de gemelos digitales, aunque este es un primer paso, ya que se adapta a la naturaleza embrionaria de la tecnología.
A diferencia de muchas tecnologías emergentes impulsadas por startups, las ofertas comerciales de gemelos digitales provienen de algunas de las empresas más grandes en el campo. Por ejemplo, GE, que desarrolló la tecnología de gemelos digitales internamente como parte de su proceso de fabricación de motores a reacción, ahora ofrece su experiencia a los clientes, al igual que Siemens, otro gigante industrial muy involucrado en la fabricación. Para no ser superado por estos proveedores de fábricas, IBM está comercializando gemelos digitales como parte de su impulso de IoT, y Microsoft está ofreciendo su propia plataforma de gemelos digitales bajo el paraguas de Azure.
Gemelo digital versus gemelo predictivo
Deepak Puri, colaborador de Network World, describió recientemente un ejemplo de una herramienta de gemelos digitales de Oracle que ofrece a los usuarios dos opciones: un gemelo digital y un gemelo predictivo.
El gemelo digital "puede incluir una descripción de los dispositivos, un renderizado en 3D y detalles sobre todos los sensores del dispositivo. Genera continuamente lecturas de sensores que simulan opciones de la vida real”.
El gemelo predictivo "modela el estado y el comportamiento futuros del dispositivo”, escribe Puri. "Se basa en datos históricos de otros dispositivos, que pueden simular averías y otras situaciones que requieren atención”.
Como parte de su iniciativa de gemelos digitales, Microsoft está tomando el concepto y aplicándolo no solo a productos físicos, sino también a procesos. En un documento técnico, Microsoft propone la idea del gemelo digital de procesos:
"Process Digital Twin es el siguiente nivel de transformación digital, que combina los beneficios de Product Digital Twin en toda la fábrica y la cadena de suministro”, afirma Microsoft. El documento técnico destaca algunos escenarios de fabricación avanzados que los gemelos digitales de productos no admiten, pero que los gemelos digitales de procesos sí.
Beneficios y riesgos de los gemelos digitales
Los gemelos digitales ofrecen una visión en tiempo real de lo que sucede con los activos físicos, lo que puede aliviar radicalmente las cargas de mantenimiento. Chevron está implementando tecnología de gemelos digitales para sus campos petroleros y refinerías, y espera ahorrar millones de dólares en costos de mantenimiento. Por otro lado, Siemens, como parte de su presentación, dice que el uso de gemelos digitales para modelar y crear prototipos de objetos que aún no han sido fabricados puede reducir los defectos del producto y acortar el tiempo de comercialización.
Pero tenga en cuenta que Gartner advierte que los gemelos digitales no siempre son requeridos y pueden aumentar innecesariamente la complejidad. "[Los gemelos digitales] podrían ser una exageración tecnológica para un problema empresarial puntual. También existen preocupaciones sobre el costo, la seguridad, la privacidad y la integración”.
Habilidades de los gemelos digitales
¿Interesado en convertirse en un profesional de gemelos digitales? Los conjuntos de habilidades son exigentes y requieren experiencia especializada en aprendizaje automático, inteligencia artificial, analítica predictiva y otras capacidades de ciencia de datos. Esta es una de las razones por las que las grandes empresas se han lanzado al ruedo: al pequeño le puede resultar más razonable contratar un equipo de consultores que actualizar las habilidades de sus trabajadores internos.
Basado en el artículo de Keith Shaw, Josh Fruhlinger (Network World) y editado por CIO Perú
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