Cosa sono i gemelli digitali? Quando Black Mirror diventa realtà

Hai avuto paura guardando Black Mirror? Hai pensato al futuro con apprensione? Abbiamo un messaggio per te: c'è una tecnologia che dovrebbe farti pensare. Il mondo irreale di Black Mirror diventa realtà. Parliamo di gemelli digitali.

Gemelli digitali – sommario:

1. Cos'è un gemello digitale?
2. Quali sono i principali tipi di gemelli digitali?
3. Qual è la differenza tra gemelli digitali e simulazione?
4. Principali ambiti di applicazione dei gemelli digitali
5. Vantaggi dei gemelli digitali per l'industria
6. Applicazioni future dei gemelli digitali
7. Minacce e preoccupazioni

Cos'è un gemello digitale?

Un gemello digitale è un modello nella realtà virtuale progettato per riflettere un altro oggetto fisico che esiste nel mondo reale. Il gemello digitale è una replica esatta di un oggetto, non solo un'immagine o uno schema, o nemmeno una simulazione dell'oggetto, ma una replica che riflette tutte le caratteristiche dell'oggetto. La replica o il concetto digitale che contiene le informazioni sull'oggetto reale può essere creata ed esistere come oggetto a sé stante ed essere collegata permanentemente al suo modello fisico.

Tutto ciò significa che il concetto di gemelli digitali contiene tre elementi principali: lo spazio reale con l'oggetto reale, lo spazio virtuale con gli oggetti virtuali e la connessione tra loro che consente un flusso costante di informazioni tra lo spazio virtuale e lo spazio reale.

L'idea di utilizzare la tecnologia dei gemelli digitali è stata introdotta per la prima volta nel 1991 nella pubblicazione intitolata Mirror Worlds: or the Day Software Puts the Universe in a Shoebox dell'esperto di computer di Yale David Gelernter. Nella pubblicazione, Gelernter sostiene che le rappresentazioni esatte del mondo accessibili attraverso lo schermo del computer saranno disponibili a tutti nel prossimo futuro. Nella sua visione, le persone saranno in grado di interagire con i maghi nello stesso modo in cui interagiscono con la realtà vissuta ogni giorno. Gelernter prevede che i computer verranno utilizzati in modo diverso e spiega come sia possibile costruire una replica del mondo con le tecnologie odierne.

Il concetto di gemelli digitali è stato sviluppato anche dal professor Michael Grieves, a cui è attribuita la prima applicazione dell'idea da utilizzare nella produzione. Ha presentato il concept nel 2002 all'evento dedicato al Product Life Management. Inizialmente, il concetto veniva chiamato Modello degli spazi specchiati. I suoi articoli e le sue pubblicazioni elogiano la perfezione e l'usabilità dei prodotti digitali che non sono solo indistinguibili dai loro modelli reali e ottimi per scopi di test e simulazione.

Tuttavia, la tecnologia dei gemelli digitali non è così recente come sembra. La NASA ha utilizzato la tecnologia del gemello digitale già negli anni '60 durante le sue missioni di esplorazione spaziale, quando i veicoli spaziali sono stati replicati sulla terra e utilizzati per test e ricerca. Il semplice termine "gemelli digitali", come lo intendiamo oggi, è stato utilizzato dallo specialista della NASA John Vickers nel 2010.

Quali sono i principali tipi di gemelli digitali?

Esistono diversi tipi di gemelli digitali, ma la differenza principale è nell'area o nella profondità di applicazione, quindi possiamo parlare di: gemelli in parte, gemelli di asset, gemelli di sistema o gemelli di processo. Le parti gemelle sono molto semplici, piccoli gemelli di componenti di lavoro. Gli asset gemelli vengono utilizzati per i cosiddetti asset formati da due componenti separati che lavorano insieme. Gli asset gemelli consentono l'osservazione e la misurazione delle due componenti in azione.

I gemelli di sistema sono al livello successivo di complessità. Quei gemelli replicano interi sistemi funzionanti e consentono di studiare oggetti fisici più grandi. I gemelli di processo riflettono il lavoro di sistemi enormi come fabbriche o altre grandi strutture. I gemelli di processo aiutano a osservare le interazioni complicate e consentono la sincronizzazione degli elementi per ottenere la massima efficienza operativa possibile.

Qual è la differenza tra gemelli digitali e simulazione?

I concetti di simulazioni e gemelli digitali sono talvolta usati in riferimento agli stessi oggetti digitali, ma sono cose diverse e i concetti sottostanti sono diversi. La simulazione viene solitamente creata in una piattaforma come un software CAD o altro e non deve avere alcuna relazione con alcun oggetto fisico reale.

Un gemello digitale, al contrario, deve essere creato in connessione con l'oggetto fisico reale. L'intero processo di creazione dei gemelli digitali si basa su dati reali relativi all'oggetto. La replica digitale è collegata all'oggetto reale tramite sensori IoT e ottiene dati in tempo reale, il che significa che i dati sono costantemente aggiornati. Il flusso di informazioni tra il gemello digitale e l'oggetto è bidirezionale. I risultati dei processi che si verificano nei gemelli digitali possono essere riutilizzati con l'oggetto originale e reale.

Principali ambiti di applicazione dei gemelli digitali

La creazione di gemelli digitali è ancora molto costosa e laboriosa e attualmente l'utilizzo dei gemelli digitali è limitato ad alcune aree. Sono ampiamente utilizzati in settori quali:

• Pianificazione urbana

I gemelli digitali delle città possono mostrare dati spaziali realistici nei sistemi 3D e 4D. L'applicazione dei gemelli consente una pianificazione urbanistica dell'ambiente più coerente. Attualmente, sempre più città decidono di unirsi a Shanghai e Singapore e creare i loro gemelli. Tutti i dati sono disponibili in tempo reale, quindi migliora notevolmente tutte le operazioni relative alla progettazione di strade, edifici e sistemi di trasporto. La maggior parte delle nuove città che sono state costruite di recente in Medio Oriente hanno i loro gemelli digitali creati contemporaneamente.

• Industria automobilistica

La seconda applicazione molto importante dei gemelli digitali che possiamo trovare nell'industria automobilistica. Le auto hanno una struttura complicata che coinvolge molti sistemi che devono lavorare insieme senza il rischio di rotture. I gemelli digitali aiutano ad aumentare le prestazioni e l'efficienza dei veicoli. Nel caso di auto che corrono con l'utilizzo del supporto di AI digital twin consentono una verifica precoce della validità della prognosi.

• Assistenza sanitaria

Inizialmente, tutti i gemelli digitali utilizzati nel settore sanitario erano repliche di prodotti e apparecchiature. Attualmente, il concetto di gemello digitale nel settore sanitario viene applicato ai pazienti che devono essere diagnosticati e monitorati. Si stanno costruendo modelli di pazienti completamente personalizzati. Tali repliche consentono l'archiviazione e il monitoraggio dei parametri dello stile di vita. I gemelli digitali dell'intera popolazione consentiranno una maggiore ricerca del modello.

• Industria manifatturiera

I gemelli digitali mostrano il funzionamento dell'oggetto durante l'intero ciclo di vita. La prima vera applicazione della tecnologia del gemello digitale è stata nel settore manifatturiero. Tutti i prodotti complicati possono essere prodotti con l'uso di gemelli digitali e questi possono essere utilizzati in ogni fase della produzione.

• Centrali elettriche

I gemelli digitali aiutano a stabilire il programma per entità così grandi e complesse come le centrali elettriche. Tutti i tipi di grandi motori e turbine devono essere mantenuti regolarmente e il loro funzionamento dipende fortemente da processi ciclici che devono essere gestiti in modo ordinato per mantenerli in funzione. I gemelli digitali sembrano essere indispensabili qui.

Vantaggi dei gemelli digitali per l'industria

• Riduzione del rischio

La salute e la sicurezza dei dipendenti e dell'ambiente possono essere protette dall'uso del software dei gemelli digitali. Gli obiettivi aziendali possono essere mantenuti attraverso la riduzione degli infortuni durante il processo produttivo. Con la tecnologia digital twin, è molto più facile evitare costosi tempi di fermo macchina.

• Qualità dei prodotti

Con la migliore comprensione fornita dalle simulazioni eseguite attraverso la tecnologia dei gemelli digitali, le aziende possono migliorare la qualità dei loro prodotti e personalizzarli in tempo reale, quando se ne presenta la necessità.

• Il costo della manutenzione è inferiore

I gemelli digitali forniscono all'azienda previsioni relative all'intero processo di produzione. Ciò consente loro di programmare riparazioni o cambi di parti prima che qualcosa si rompa.

Applicazioni future dei gemelli digitali

Non c'è limite alla futura applicazione dei gemelli digitali. Attualmente, i gemelli digitali stanno ancora imparando le loro nuove abilità, ma la quantità di denaro investito e la quantità di potere cognitivo aumentano esponenzialmente ogni anno. Al giorno d'oggi il mercato dei gemelli digitali sta crescendo principalmente in diversi settori leader come manifatturiero, automobilistico, aeronautico, energetico, sanitario e logistico, ma si prevede che il suo sviluppo futuro riguarderà tutte le possibili aree dell'attività umana.

• Città intelligenti

Il motivo principale per cui gli scienziati desiderano creare gemelli digitali per città e paesi è l'emissione di carbonio generata da enormi strutture urbane. È stato stimato che le città producono circa il 70% di carbonio e consumano più di due terzi dell'energia mondiale. Si prevede che molte città come Miami, New York, San Diego e Giacarta, insieme alla significativa area di terra in Cina e India, saranno sott'acqua entro il 2050.

Una pianificazione più sostenibile dello sviluppo urbano e un migliore controllo del tempo e delle risorse utilizzate dal settore edile (attualmente altamente inefficiente) possono aiutare a ridurre lo spreco di energia e le emissioni di carbonio nell'atmosfera. I gemelli digitali delle città sono la soluzione al problema: possono aiutare a ottimizzare tutti i processi di urbanizzazione come progettazione, pianificazione, costruzione e gestione quotidiana. I digital twin possono ridurre gli sprechi di energia provenienti da vecchi edifici scarsamente isolati, nonché abbassare le emissioni derivanti dal flusso di traffico inefficace.

Attualmente, sono in corso molti progetti di città urbane in tutto il mondo. Quelle città non hanno ancora i loro gemelli digitali, ma è lì per venire se i governi e gli stati locali si aspettano di mantenerli in modo impeccabile. La portata del progetto è immensa: la maggior parte delle grandi città mira ad essere intelligente prima o poi. Il Ministero dell'edilizia abitativa e degli affari urbani del governo indiano ha selezionato 100 città che diventeranno intelligenti entro il 2023. Gli stati e il governo sono i principali investitori e promotori del progetto delle città intelligenti indiane. Tutte le città intelligenti dell'India dovrebbero consentire la partecipazione di persone intelligenti attraverso l'uso delle TIC (strumenti basati su dispositivi mobili).

La Cina ha un numero maggiore di progetti di città intelligenti in funzione, quasi 500. Ci sono 100 città principali, con le più conosciute nell'elenco come Pechino, Shanghai, Shenzhen, Hangzhou, Chengdu e Wuhan. La maggior parte di essi è ancora in costruzione, ma si prevede che la Cina sarà il primo dei paesi sulla Terra ad essere completamente intelligente in futuro.

Alcune delle più grandi città intelligenti si trovano negli Stati Uniti e queste sono New York, Los Angeles, San Francisco, Phoenix, Salt Lake City, Denver, Miami e Minneapolis. Anche Londra e Dubai stanno diventando intelligenti, come Parigi, Giacarta, Melbourne, Barcellona e Taipei. Come vediamo, la maggior parte delle città più grandi mira a diventare smart nel prossimo futuro e alla fine tutte avranno i loro gemelli digitali.

• La Terra e l'agricoltura

Per un ulteriore controllo sulle emissioni di anidride carbonica, è in fase di sviluppo il gemello della Terra. Si afferma che il gemello digitale dovrebbe aiutare a prevedere i cambiamenti climatici e prevedere i risultati di tali cambiamenti. Il progetto è iniziato a metà del 2021 e dovrebbe durare almeno dieci anni. Alla fine, verrà progettato il modello digitale completo e altamente accurato della Terra. La replica della Terra mira a rappresentare tutti i processi che si verificano sulla superficie terrestre. Anche cibo, acqua ed energia saranno monitorati attraverso questo gemello.

Alcune delle soluzioni relative ai gemelli digitali sono già utilizzate in agricoltura per aumentare la produzione di colture come mais, grano e soia. I sensori controllano il tempo e la qualità del suolo. Eventi naturali come tornado, inondazioni e siccità rappresentano un rischio per la sicurezza alimentare, previsioni accurate fornite dalla tecnologia del gemello digitale potrebbero essere la soluzione per l'agricoltura.

• Gemelli digitali umani

Un mondo digitale di città digitali intelligenti potrebbe aver bisogno di abitanti umani digitali per prosperare. Gli esseri umani possono avere i loro gemelli digitali e la tecnologia consente già la creazione di tali entità. Si prevede che i gemelli digitali degli umani che condurranno la vita digitale entreranno in uso prima della fine del decennio, che è abbastanza presto. Si prevede che quei gemelli digitali pensino e imparino da modelli reali: gli esseri umani.

Minacce e preoccupazioni

I gemelli digitali degli esseri umani possono essere utili per datori di lavoro, aziende e aziende, ma sarebbero ugualmente vantaggiosi per le singole persone? Potrebbe rivelarsi altamente immorale e dannoso per le interazioni umane. I gemelli digitali umani che impareranno le abilità necessarie potrebbero sostituire gli umani e renderli ridondanti. I datori di lavoro possono decidere di assumere un essere umano digitale invece di una persona reale, il che è comprensibile solo confrontando i costi della vita di entrambe le creature.

La fine della libertà e del libero arbitrio. Tra gli elogi per le funzionalità dei gemelli digitali delle città ci sono quelli che potrebbero non essere affatto vantaggiosi per gli esseri umani. Si dice che i governi, o altri enti di gestione, potrebbero essere in grado di controllare tutti gli aspetti vitali della vita nello spazio urbano. Il gemello digitale sarà in grado di controllare il flusso del traffico – il che significa che uno potrebbe non essere in grado di viaggiare dove vuole e di controllare la temperatura delle stanze e dell'acqua utilizzata negli appartamenti dei cittadini – il che significa che potresti non essere più in grado di fare lunghe docce .

La quantità di potere e controllo concessa dalla tecnologia dei gemelli digitali ad autorità sconosciute e imprevedibili che governeranno le nostre città è eccessiva e pericolosa: ci saranno un milione di modi per punire gli individui disobbedienti, solo attraverso la manipolazione dell'ambiente circostante della persona (mancato accesso ai servizi, limitatezza delle risorse, limitata capacità di viaggiare).

I veri umani possono essere costretti a vivere in luoghi piccoli e ristretti, senza accesso alla natura o ad altre creature viventi. Poiché le aziende di vendita al dettaglio intendono passare alla realtà virtuale, lo shopping sarà realizzato anche attraverso mezzi virtuali. Sembra che alcuni dei maggiori progettisti della tecnologia dei gemelli digitali abbiano dimenticato che lo shopping non riguarda solo l'acquisizione di beni, ma ha più a che fare con: socializzazione, intrattenimento e ristoro per la mente.

Attualmente, ci sono esempi viventi di città intelligenti che possono essere analizzati in relazione a questioni di etica e libertà. Pechino viene elogiata per il suo sistema di pagamento che consente l'esistenza senza contanti in tutta la città: tutti i cittadini del mondo sarebbero costretti ad avere un dispositivo intelligente? Guangzhou ha sostituito le carte d'identità con gli smartphone: il sistema è pienamente operativo, ma consente un maggiore controllo sui singoli cittadini di quanto fosse mai stato possibile. Le persone che criticano il governo non hanno più la possibilità di nascondersi a Guangzhou.

La domanda più cruciale sui gemelli digitali dello spazio reale (città, Terra, oggetti) e sui gemelli digitali degli esseri umani riguarda il legame tra l'essere umano e la sua replica che è richiesto per l'intero processo: sarebbe uno smartphone o un altro dispositivo. Il passaggio alla realtà digitale sembra essere necessario per alcune aree della vita umana, ma la tecnologia dei gemelli digitali consuma molta energia. Non dovremmo chiederci se tutte le applicazioni della tecnologia dei gemelli digitali sono davvero necessarie in tutti gli aspetti della nostra vita e chi desidera esattamente trarre vantaggio dall'aver fatto vivere prototipi umani con gemelli pensanti in un mondo irreale, innaturale e completamente controllabile ?

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Autore: Robert Whitney

Esperto di JavaScript e istruttore che allena i dipartimenti IT. Il suo obiettivo principale è aumentare la produttività del team insegnando agli altri come cooperare efficacemente durante la programmazione.

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