Was sind digitale Zwillinge? Wenn Black Mirror Wirklichkeit wird

Hatten Sie Angst, Black Mirror zu sehen? Hast du mit Besorgnis an die Zukunft gedacht? Wir haben eine Botschaft für Sie – es gibt eine Technologie, die Sie zum Nachdenken anregen sollte. Die unwirkliche Welt von Black Mirror wird Realität. Reden wir über digitale Zwillinge.

Digitale Zwillinge – Inhaltsverzeichnis:

1. Was ist ein digitaler Zwilling?
2. Was sind die wichtigsten Arten von digitalen Zwillingen?
3. Was ist der Unterschied zwischen digitalen Zwillingen und Simulation?
4. Haupteinsatzgebiete von digitalen Zwillingen
5. Vorteile digitaler Zwillinge für die Industrie
6. Zukünftige Anwendungen digitaler Zwillinge
7. Bedrohungen und Bedenken

Was ist ein digitaler Zwilling?

Ein digitaler Zwilling ist ein Modell in der virtuellen Realität, das ein anderes physisches Objekt widerspiegeln soll, das in der realen Welt existiert. Der digitale Zwilling ist eine exakte Nachbildung eines Objekts, nicht nur ein Bild oder ein Schema oder nicht einmal eine Simulation des Objekts, sondern eine Nachbildung, die alle Merkmale des Objekts widerspiegelt. Die Replik oder das digitale Konzept, das die Informationen über das reale Objekt enthält, kann als eigenständiges Objekt erstellt und existieren und dauerhaft mit seinem physischen Modell verknüpft werden.

All dies bedeutet, dass das Konzept der digitalen Zwillinge drei Hauptelemente enthält: realer Raum mit dem realen Objekt, virtueller Raum mit virtuellen Objekten und die Verbindung zwischen ihnen, die einen ständigen Informationsfluss zwischen virtuellem Raum und realem Raum ermöglicht.

Die Idee, die Technologie digitaler Zwillinge zu nutzen, wurde erstmals 1991 in der Veröffentlichung mit dem Titel Mirror Worlds: or the Day Software Puts the Universe in a Shoebox des Yale-Computerexperten David Gelernter vorgestellt. In der Publikation argumentiert Gelernter, dass exakte Repräsentationen der Welt, die über den Bildschirm des Computers zugänglich sind, in naher Zukunft für jedermann verfügbar sein werden. In seiner Vision werden Menschen in der Lage sein, mit Magiern auf die gleiche Weise zu interagieren, wie sie mit der Realität interagieren, die sie jeden Tag erleben. Gelernter prognostiziert, dass Computer anders genutzt werden und erklärt, wie es möglich ist, mit heutigen Technologien eine Nachbildung der Welt zu bauen.

Das Konzept der digitalen Zwillinge wurde auch von Professor Michael Grieves entwickelt , dem die erste Anwendung der Idee in der Fertigung zugeschrieben wird. Er stellte das Konzept 2002 auf der Veranstaltung zum Product Life Management vor. Ursprünglich wurde das Konzept als Mirrored Spaces Model bezeichnet. Seine Artikel und Veröffentlichungen loben die Perfektion und Benutzerfreundlichkeit digitaler Produkte, die nicht nur von ihren realen Vorbildern nicht zu unterscheiden sind und sich hervorragend für Test- und Simulationszwecke eignen.

Die Technologie digitaler Zwillinge ist jedoch nicht so neu, wie es scheint. Die NASA hat die Digital-Twin-Technologie bereits in den 1960er Jahren während ihrer Weltraumforschungsmissionen eingesetzt, als Raumfahrzeuge auf der Erde repliziert und für Tests und Forschungszwecke verwendet wurden. Der bloße Begriff „digitaler Zwilling“, wie wir ihn heute verstehen, wurde 2010 von NASA-Spezialist John Vickers verwendet.

Was sind die wichtigsten Arten von digitalen Zwillingen?

Es gibt mehrere Arten von digitalen Zwillingen, aber der Hauptunterschied liegt im Bereich oder in der Anwendungstiefe, daher können wir von: Teilzwillingen, Anlagenzwillingen, Systemzwillingen oder Prozesszwillingen sprechen. Teilzwillinge sind sehr einfache, kleine Zwillinge von Arbeitskomponenten. Asset-Zwillinge werden für sogenannte Assets verwendet, die aus zwei separaten Komponenten bestehen, die zusammenarbeiten. Anlagenzwillinge ermöglichen die Beobachtung und Messung der beiden Komponenten in Aktion.

Systemzwillinge befinden sich auf der nächsten Komplexitätsstufe. Diese Zwillinge replizieren ganze funktionierende Systeme und ermöglichen die Untersuchung größerer physischer Objekte. Prozesszwillinge spiegeln die Arbeit riesiger Systeme wie Fabriken oder anderer großer Strukturen wider. Prozesszwillinge helfen, komplizierte Wechselwirkungen zu beobachten und ermöglichen die Synchronisation von Elementen, um die höchstmögliche Effizienz des Betriebs zu erreichen.

Was ist der Unterschied zwischen digitalen Zwillingen und Simulation?

Die Konzepte von Simulationen und digitalen Zwillingen werden manchmal in Bezug auf dieselben digitalen Objekte verwendet, aber es handelt sich um unterschiedliche Dinge und die zugrunde liegenden Konzepte sind unterschiedlich. Die Simulation wird normalerweise auf einer Plattform wie CAD-Software oder einer anderen erstellt und muss keine Beziehung zu einem realen physischen Objekt haben.

Ein digitaler Zwilling hingegen muss in Verbindung mit dem realen physischen Objekt erstellt werden. Der gesamte Prozess der Erstellung digitaler Zwillinge basiert auf realen Daten, die sich auf das Objekt beziehen. Die digitale Nachbildung ist über IoT-Sensoren mit dem realen Objekt verbunden und erhält Echtzeitdaten, was bedeutet, dass die Daten ständig aktualisiert werden. Der Informationsfluss zwischen dem digitalen Zwilling und dem Objekt ist wechselseitig. Die Ergebnisse von Prozessen, die in digitalen Zwillingen auftreten, können wieder mit dem realen, ursprünglichen Objekt verwendet werden.

Haupteinsatzgebiete von digitalen Zwillingen

Die Erstellung digitaler Zwillinge ist immer noch sehr teuer und aufwändig und der Einsatz digitaler Zwillinge ist derzeit auf bestimmte Bereiche beschränkt. Sie werden häufig in Bereichen wie:

• Stadtplanung

Digitale Zwillinge der Städte können realistische räumliche Daten in 3D- und 4D-Systemen darstellen. Die Anwendung von Zwillingen ermöglicht eine konsistentere Stadtplanung der Umgebung. Derzeit entscheiden sich immer mehr Städte dafür, sich Shanghai und Singapur anzuschließen und ihre Zwillinge zu schaffen. Alle Daten sind in Echtzeit verfügbar, sodass alle Vorgänge im Zusammenhang mit der Gestaltung von Straßen, Gebäuden und Verkehrssystemen erheblich verbessert werden. Die meisten der neuen Städte, die kürzlich im Nahen Osten gebaut werden, haben ihre digitalen Zwillinge gleichzeitig erstellt.

• Automobilindustrie

Die zweite sehr wichtige Anwendung digitaler Zwillinge finden wir in der Automobilindustrie. Autos haben eine komplizierte Struktur, die viele Systeme umfasst, die ohne Bruchrisiko zusammenarbeiten müssen. Digitale Zwillinge helfen, die Leistung und Effizienz von Fahrzeugen zu steigern. Bei Autos, die mit der Unterstützung von KI fahren, erlauben digitale Zwillinge eine frühzeitige Überprüfung der Validität von Prognosen.

• Gesundheitspflege

Ursprünglich waren alle in der Gesundheitsbranche verwendeten digitalen Zwillinge Kopien von Produkten und Geräten. Derzeit wird das Konzept des digitalen Zwillings im Gesundheitswesen auf Patienten angewendet, die diagnostiziert und überwacht werden müssen. Es werden vollständig personalisierte Patientenmodelle erstellt. Diese Nachbildungen ermöglichen die Speicherung und Verfolgung von Lebensstilparametern. Digitale Zwillinge der gesamten Bevölkerung werden eine stärkere Mustersuche ermöglichen.

• Fertigungsindustrie

Digitale Zwillinge zeigen die Funktionsweise des Objekts über seinen gesamten Lebenszyklus hinweg. Die allererste Anwendung der digitalen Zwillingstechnologie fand in der Fertigung statt. Alle komplizierten Produkte können mit Hilfe digitaler Zwillinge hergestellt und in jeder Phase der Produktion verwendet werden.

• Kraftwerke

Digitale Zwillinge helfen, den Zeitplan für so riesige, komplexe Einheiten wie Kraftwerke festzulegen. Alle Arten von großen Motoren und Turbinen müssen regelmäßig gewartet werden und ihr Betrieb hängt stark von zyklischen Prozessen ab, die geordnet verwaltet werden müssen, um sie in Betrieb zu halten. Digitale Zwillinge scheinen hier unverzichtbar.

Vorteile digitaler Zwillinge für die Industrie

• Risikominderung

Die Gesundheit und Sicherheit der Mitarbeiter sowie der Umwelt können durch den Einsatz von Software für digitale Zwillinge geschützt werden. Durch die Reduzierung von Unfällen im Produktionsprozess können die Unternehmensziele eingehalten werden. Mit der Digital-Twin-Technologie ist es viel einfacher, kostspielige Ausfallzeiten zu vermeiden.

• Qualität der Produkte

Mit den besseren Einblicken, die Simulationen durch digitale Zwillingstechnologie bieten, können Unternehmen die Qualität ihrer Produkte verbessern und sie bei Bedarf in Echtzeit anpassen.

• Der Wartungsaufwand ist geringer

Digitale Zwillinge liefern dem Unternehmen Vorhersagen über den gesamten Produktionsprozess. Auf diese Weise können sie Reparaturen oder den Austausch von Teilen planen, bevor etwas kaputt geht.

Zukünftige Anwendungen digitaler Zwillinge

Der zukünftigen Anwendung digitaler Zwillinge sind keine Grenzen gesetzt. Derzeit lernen digitale Zwillinge noch ihre neuen Fähigkeiten, aber der investierte Geldbetrag und die Menge an kognitiver Leistung steigen jedes Jahr exponentiell. Heutzutage wächst der Markt für digitale Zwillinge hauptsächlich in mehreren führenden Sektoren wie Fertigung, Automobil, Luftfahrt, Energie, Gesundheitswesen und Logistik, aber es wird prognostiziert, dass seine zukünftige Entwicklung alle möglichen Bereiche menschlicher Aktivitäten abdecken wird.

• Intelligente Städte

Der Hauptgrund für die Wissenschaftler, die digitale Zwillinge für Städte und Gemeinden erstellen wollen, ist der CO2-Ausstoß, der durch riesige urbane Strukturen erzeugt wird. Schätzungen zufolge produzieren Städte etwa 70 % des Kohlenstoffs und verbrauchen mehr als zwei Drittel der weltweiten Energie. Es wird erwartet, dass viele Städte wie Miami, New York, San Diego und Jakarta sowie bedeutende Landflächen in China und Indien bis 2050 unter Wasser stehen werden.

Eine nachhaltigere Planung der Stadtentwicklung und eine bessere Kontrolle über Zeit und Ressourcen, die von der Bauindustrie (derzeit sehr ineffizient) verwendet werden, können dazu beitragen, die Verschwendung von Energie und die Emission von Kohlenstoff in die Atmosphäre zu reduzieren. Digitale Zwillinge von Städten sind die Lösung des Problems – sie können helfen, alle Prozesse der Urbanisierung wie Entwurf, Planung, Bau und tägliches Management zu optimieren. Digitale Zwillinge können die Energieverschwendung durch schlecht isolierte Altbauten reduzieren und die Emissionen durch den ineffektiven Verkehrsfluss senken.

Derzeit sind viele urbane Stadtprojekte auf der ganzen Welt im Gange. Diese Städte haben noch keine digitalen Zwillinge, aber sie werden kommen, wenn Regierungen und lokale Staaten erwarten, sie fehlerfrei zu warten. Das Ausmaß des Projekts ist immens – die meisten großen Städte wollen früher oder später smart sein. Das Ministerium für Wohnungswesen und städtische Angelegenheiten der indischen Regierung hat 100 Städte ausgewählt, die bis 2023 intelligent werden sollen. Die Bundesstaaten und die Regierung sind die wichtigsten Investoren und Initiatoren des Projekts der indischen Smart Cities. Von allen intelligenten indischen Städten wird erwartet, dass sie die Teilnahme intelligenter Menschen durch den Einsatz von IKT (mobilbasierte Tools) ermöglichen.

China hat eine höhere Anzahl von Smart-City-Projekten in Betrieb – fast 500. Es gibt 100 führende Städte, von denen die bekanntesten auf der Liste Peking, Shanghai, Shenzhen, Hangzhou, Chengdu und Wuhan sind. Die meisten von ihnen befinden sich noch im Bau, aber es wird erwartet, dass China in Zukunft das erste Land der Erde sein wird, das vollständig intelligent ist.

Einige der größten Smart Cities befinden sich in den Vereinigten Staaten, und das sind New York, Los Angeles, San Francisco, Phoenix, Salt Lake City, Denver, Miami und Minneapolis. Auch London und Dubai werden smart, ähnlich wie Paris, Jakarta, Melbourne, Barcelona und Taipeh. Wie wir sehen , streben die meisten der größten Städte danach, in naher Zukunft intelligent zu werden, und alle von ihnen werden irgendwann ihre digitalen Zwillinge haben.

• Die Erde und die Landwirtschaft

Zur weiteren Kontrolle des Kohlendioxidausstoßes wird der Zwilling der Erde entwickelt. Es wird angegeben, dass der digitale Zwilling helfen soll, Klimaveränderungen vorherzusagen und die Folgen solcher Veränderungen vorherzusagen. Das Projekt startete Mitte 2021 und soll mindestens zehn Jahre laufen. Am Ende wird das vollständige, hochgenaue digitale Modell der Erde entworfen. Die Nachbildung der Erde soll alle Prozesse darstellen, die auf der Erdoberfläche ablaufen. Nahrung, Wasser und Energie werden ebenfalls durch diesen Zwilling überwacht.

Einige der Lösungen im Zusammenhang mit digitalen Zwillingen werden bereits in der Landwirtschaft eingesetzt, um die Produktion von Pflanzen wie Mais, Weizen und Soja zu steigern. Die Sensoren überwachen das Wetter und die Qualität des Bodens. Naturereignisse wie Tornados, Überschwemmungen und Dürren stellen ein Risiko für die Ernährungssicherheit dar, genaue Vorhersagen der Digital-Twin-Technologie können die Lösung für die Landwirtschaft sein.

• Menschliche digitale Zwillinge

Eine digitale Welt intelligenter digitaler Städte braucht möglicherweise digitale menschliche Bewohner, um zu gedeihen. Menschen können ihre digitalen Zwillinge haben, und die Technologie ermöglicht bereits die Erstellung solcher Einheiten. Es wird erwartet, dass digitale Zwillinge von Menschen, die das digitale Leben führen werden, noch vor Ende des Jahrzehnts, also ziemlich bald, zum Einsatz kommen werden. Es wird vorausgesagt, dass diese digitalen Zwillinge von echten Modellen – Menschen – denken und lernen.

Bedrohungen und Bedenken

Digitale Zwillinge von Menschen können für Arbeitgeber, Unternehmen und Unternehmen nützlich sein, aber wären sie auch für Einzelpersonen von Nutzen? Es kann sich als höchst unethisch und schädlich für menschliche Interaktionen erweisen. Menschliche digitale Zwillinge, die die erforderlichen Fähigkeiten erlernen, können Menschen ersetzen und überflüssig machen. Arbeitgeber können sich dafür entscheiden, einen digitalen Menschen anstelle einer realen Person einzustellen, was nur verständlich ist, wenn man die Lebenshaltungskosten beider Kreaturen vergleicht.

Das Ende der Freiheit und des freien Willens. Unter den Lobpreisungen für die Funktionalitäten der digitalen Zwillinge von Städten sind solche, die für den Menschen möglicherweise überhaupt nicht so vorteilhaft sind. Es wird gesagt, dass Regierungen oder andere Verwaltungseinheiten in der Lage sein könnten, alle lebenswichtigen Aspekte des Lebens im städtischen Raum zu kontrollieren. Der digitale Zwilling wird in der Lage sein, den Verkehrsfluss zu steuern – was bedeutet, dass man möglicherweise nicht dorthin reisen kann, wo man möchte, und die Temperatur von Räumen und Wasser in Bürgerwohnungen zu steuern – was bedeutet, dass man möglicherweise nicht mehr lange duschen kann .

Die Menge an Macht und Kontrolle, die die Technologie der digitalen Zwillinge unbekannten, unvorhergesehenen Autoritäten gewährt, die unsere Städte regieren werden, ist übertrieben und gefährlich – es wird eine Million Möglichkeiten geben, ungehorsame Personen zu bestrafen, nur durch die Manipulation der unmittelbaren Umgebung der Person (mangelnder Zugang zu Dienstleistungen, begrenzte Menge an Ressourcen, eingeschränkte Reisefähigkeit).

Echte Menschen können gezwungen sein, an kleinen, beengten Orten zu leben, ohne Zugang zur Natur oder anderen Lebewesen. Da Handelsunternehmen den Schritt in die virtuelle Realität planen, wird auch das Einkaufen über virtuelle Medien realisiert. Es scheint, dass einige der großen Designer der Technologie digitaler Zwillinge vergessen haben, dass es beim Einkaufen nicht nur um den Erwerb von Waren geht, sondern mehr um Geselligkeit, Unterhaltung und Erfrischung für den Geist geht.

Derzeit gibt es lebendige Beispiele für Smart Cities, die in Bezug auf Ethik- und Freiheitsfragen analysiert werden können. Peking wird für sein Zahlungssystem gelobt, das eine bargeldlose Existenz in der ganzen Stadt ermöglicht – würden alle Bürger der Welt gezwungen sein, ein Smart Device zu besitzen? Guangzhou hat ID-Karten durch Smartphones ersetzt – das System ist voll funktionsfähig, erlaubt aber eine größere Kontrolle über die einzelnen Bürger als je zuvor. Menschen, die die Regierung kritisieren, haben in Guangzhou keine Chance mehr, sich zu verstecken.

Die wichtigste Frage zu digitalen Zwillingen des realen Raums (Städte, Erde, Objekte) und digitalen Zwillingen von Menschen ist die für den gesamten Prozess erforderliche Verbindung zwischen dem Menschen und seiner Nachbildung – sei es ein Smartphone oder ein anderes Gerät. Der Wandel in die digitale Realität scheint für einige Bereiche des menschlichen Lebens notwendig, doch die Technologie der digitalen Zwillinge ist sehr energieaufwändig. Sollten wir uns nicht fragen, ob alle Anwendungen der Technologie digitaler Zwillinge wirklich in allen Aspekten unseres Lebens notwendig sind und wer genau davon profitieren möchte, menschliche Prototypen mit denkenden Zwillingen in einer unwirklichen, unnatürlichen und vollständig kontrollierbaren Welt leben zu lassen? ?

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Autor: Robert Whitney

JavaScript-Experte und Ausbilder, der IT-Abteilungen coacht. Sein Hauptziel ist es, die Teamproduktivität zu steigern, indem er anderen beibringt, wie man beim Programmieren effektiv zusammenarbeitet.

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