Czym są cyfrowe bliźniaki? Kiedy Czarne Lustro stanie się rzeczywistością

Czy bałeś się oglądając Black Mirror? Czy myślałeś o przyszłości z niepokojem? Mamy dla Ciebie wiadomość – jest technologia, od której powinieneś zacząć myśleć. Nierealny świat Black Mirror staje się rzeczywistością. Porozmawiajmy o cyfrowych bliźniakach.

Cyfrowe bliźniaki – spis treści:

1. Czym jest cyfrowy bliźniak?
2. Jakie są główne typy cyfrowych bliźniaków?
3. Jaka jest różnica między cyfrowymi bliźniakami a symulacją?
4. Główne obszary zastosowania cyfrowych bliźniaków
5. Zalety cyfrowych bliźniaków dla przemysłu
6. Przyszłe zastosowania cyfrowych bliźniaków
7. Zagrożenia i obawy

Czym jest cyfrowy bliźniak?

Cyfrowy bliźniak to model w wirtualnej rzeczywistości, który ma odzwierciedlać inny fizyczny obiekt, który istnieje w prawdziwym świecie. Cyfrowy bliźniak jest dokładną repliką obiektu, nie tylko obrazem lub schematem, ani nawet symulacją obiektu, ale repliką, która odzwierciedla wszystkie cechy obiektu. Replika lub koncepcja cyfrowa zawierająca informacje o rzeczywistym obiekcie może być stworzona i istnieć jako obiekt samodzielnie i być trwale połączona z jego fizycznym modelem.

Wszystko to oznacza, że ​​koncepcja cyfrowych bliźniaków zawiera trzy główne elementy: przestrzeń rzeczywistą z rzeczywistym obiektem, przestrzeń wirtualną z wirtualnymi obiektami oraz połączenie między nimi, które umożliwia ciągły przepływ informacji między przestrzenią wirtualną a przestrzenią rzeczywistą.

Pomysł wykorzystania technologii cyfrowych bliźniaków został po raz pierwszy przedstawiony w 1991 roku w publikacji Mirror Worlds: or the Day Software Puts the Universe in a Shoebox przez eksperta komputerowego z Yale, Davida Gelerntera. W publikacji Gelernter przekonuje, że dokładne reprezentacje świata dostępne na ekranie komputera będą dostępne dla każdego w niedalekiej przyszłości. W jego wizji ludzie będą mogli wchodzić w interakcje z magami w taki sam sposób, w jaki wchodzą w interakcję z rzeczywistością doświadczaną na co dzień. Gelernter przewiduje, że komputery będą używane inaczej i wyjaśnia, jak można zbudować replikę świata przy użyciu dzisiejszych technologii.

Koncepcję cyfrowych bliźniaków opracował również profesor Michael Grieves, któremu przypisuje się pierwsze zastosowanie tego pomysłu w produkcji. Koncepcję przedstawił w 2002 roku na imprezie poświęconej zarządzaniu życiem produktu. Początkowo koncepcja była określana jako Model Przestrzeni Lustrzanych. Jego artykuły i publikacje chwalą doskonałość i użyteczność produktów cyfrowych, które są nie tylko nie do odróżnienia od ich rzeczywistych modeli i świetnie nadają się do testowania i symulacji.

Jednak technologia cyfrowych bliźniaków nie jest tak nowa, jak się wydaje. NASA wykorzystywała technologię cyfrowych bliźniaków już w latach 60. XX wieku podczas misji eksploracji kosmosu, kiedy statki kosmiczne były replikowane na Ziemi i wykorzystywane do testów i badań. Sam termin „cyfrowe bliźniaki”, tak jak go dzisiaj rozumiemy, został użyty przez specjalistę NASA Johna Vickersa w 2010 roku.

Jakie są główne typy cyfrowych bliźniaków?

Istnieje kilka rodzajów bliźniaków cyfrowych, ale główna różnica polega na obszarze lub głębokości zastosowania, stąd możemy mówić o: bliźniakach częściowych, bliźniakach pomocniczych, bliźniakach systemowych lub bliźniakach procesowych. Bliźniaki częściowe to bardzo podstawowe, małe bliźniaki pracujących elementów. Bliźniaki aktywów są używane do tak zwanych aktywów utworzonych z dwóch oddzielnych komponentów współpracujących ze sobą. Bliźniaki aktywów umożliwiają obserwację i pomiar dwóch składników w działaniu.

Bliźniaki systemowe są na wyższym poziomie złożoności. Te bliźniaki replikują całe funkcjonujące systemy i umożliwiają badanie większych obiektów fizycznych. Bliźniaki procesu odzwierciedlają pracę ogromnych systemów, takich jak fabryki lub inne duże struktury. Bliźniaki procesowe pomagają obserwować skomplikowane interakcje i pozwalają na synchronizację elementów w celu osiągnięcia jak najwyższej efektywności działania.

Jaka jest różnica między cyfrowymi bliźniakami a symulacją?

Pojęcia symulacji i cyfrowych bliźniaków są czasami używane w odniesieniu do tych samych obiektów cyfrowych, ale są to różne rzeczy i pojęcia leżące u ich podstaw są różne. Symulacja jest zwykle tworzona na platformie takiej jak oprogramowanie CAD lub inne i nie musi mieć żadnego związku z żadnym rzeczywistym obiektem fizycznym.

Wręcz przeciwnie, cyfrowy bliźniak musi zostać stworzony w połączeniu z rzeczywistym obiektem fizycznym. Cały proces tworzenia cyfrowych bliźniaków opiera się na rzeczywistych danych związanych z obiektem. Cyfrowa replika jest połączona z rzeczywistym obiektem za pomocą czujników IoT i pobiera dane w czasie rzeczywistym, co oznacza, że ​​dane są stale aktualizowane. Przepływ informacji między cyfrowym bliźniakiem a obiektem jest dwukierunkowy. Wyniki procesów zachodzących u bliźniąt cyfrowych mogą być ponownie wykorzystane w prawdziwym, oryginalnym obiekcie.

Główne obszary zastosowania cyfrowych bliźniaków

Tworzenie cyfrowych bliźniaków jest nadal bardzo kosztowne i pracochłonne, a obecnie ich wykorzystanie jest ograniczone do pewnych obszarów. Są szeroko stosowane w obszarach takich jak:

• Urbanistyka

Cyfrowe bliźniaki miast i miasteczek mogą pokazywać realistyczne dane przestrzenne w systemach 3D i 4D. Zastosowanie bliźniaków pozwala na bardziej spójne planowanie urbanistyczne otoczenia. Obecnie coraz więcej miast decyduje się na dołączenie do Szanghaju i Singapuru i stworzenie swoich bliźniaków. Wszystkie dane są dostępne w czasie rzeczywistym , co znacznie usprawnia wszystkie operacje związane z projektowaniem ulic, budynków i systemów transportowych. Większość nowych miast, które powstają w ostatnim czasie na Bliskim Wschodzie, ma swoich cyfrowych bliźniaków tworzonych w tym samym czasie.

• Przemysł samochodowy

Drugie bardzo ważne zastosowanie cyfrowych bliźniaków możemy znaleźć w branży motoryzacyjnej. Samochody mają skomplikowaną konstrukcję, która obejmuje wiele systemów, które muszą ze sobą współpracować bez ryzyka uszkodzenia. Cyfrowe bliźniaki pomagają zwiększyć osiągi i efektywność pojazdów. W przypadku aut, które jeżdżą ze wsparciem AI, cyfrowe bliźniaki pozwalają na wczesne sprawdzenie trafności prognoz.

• Opieka zdrowotna

Początkowo wszystkie cyfrowe bliźniaki używane w branży medycznej były replikami produktów i sprzętu. Obecnie koncepcja cyfrowego bliźniaka w opiece zdrowotnej jest stosowana w odniesieniu do pacjentów wymagających diagnozy i monitorowania. Budowane są w pełni spersonalizowane modele pacjentów. Repliki te umożliwiają przechowywanie i śledzenie parametrów stylu życia. Cyfrowe bliźniaki całej populacji umożliwią dokładniejsze wyszukiwanie wzorców.

• Przemysł wytwórczy

Cyfrowe bliźniaki pokazują funkcjonowanie obiektu przez cały cykl jego życia. Pierwsze zastosowanie cyfrowej technologii bliźniaczej miało miejsce w produkcji. Za pomocą cyfrowych bliźniaków można wyprodukować wszystkie skomplikowane produkty, które można wykorzystać na każdym etapie produkcji.

• Elektrownie

Cyfrowe bliźniaki pomagają ustalać harmonogram dla tak ogromnych, złożonych podmiotów, jak elektrownie. Wszelkiego rodzaju duże silniki i turbiny muszą być regularnie konserwowane, a ich działanie jest silnie uzależnione od cyklicznych procesów, które muszą być zarządzane w sposób uporządkowany, aby mogły funkcjonować. Cyfrowe bliźniaki wydają się tutaj niezbędne.

Zalety cyfrowych bliźniaków dla przemysłu

• Redukcja ryzyka

Zdrowie i bezpieczeństwo pracowników, a także środowiska można chronić przy użyciu oprogramowania bliźniaków cyfrowych. Cele biznesowe można utrzymać dzięki ograniczeniu liczby wypadków podczas procesu produkcyjnego. Dzięki technologii cyfrowych bliźniaków znacznie łatwiej jest uniknąć kosztownych przestojów.

• Jakość produktów

Dzięki lepszemu wglądowi w symulacje przeprowadzane w technologii bliźniaczej technologii cyfrowej firmy mogą poprawiać jakość swoich produktów i dostosowywać je w czasie rzeczywistym, gdy zajdzie taka potrzeba.

• Koszt utrzymania jest niższy

Cyfrowi bliźniacy dostarczają firmie predykcje związane z całym procesem produkcji. Dzięki temu mogą zaplanować naprawy lub zmiany części, zanim coś się zepsuje.

Przyszłe zastosowania cyfrowych bliźniaków

Nie ma ograniczeń co do przyszłego zastosowania cyfrowych bliźniaków. Obecnie cyfrowe bliźniaki wciąż uczą się nowych umiejętności, ale ilość zainwestowanych pieniędzy i moc poznawcza rosną z każdym rokiem wykładniczo. Obecnie rynek cyfrowych bliźniaków rośnie głównie w kilku wiodących sektorach, takich jak produkcja, motoryzacja, lotnictwo, energetyka, opieka zdrowotna i logistyka, ale przewiduje się, że jego przyszły rozwój obejmie wszystkie możliwe obszary ludzkiej działalności.

• Inteligentne miasta

Głównym powodem, dla którego naukowcy chcą tworzyć cyfrowe bliźniaki dla miast i miasteczek, jest emisja dwutlenku węgla generowana przez ogromne struktury miejskie. Szacuje się, że miasta wytwarzają około 70% węgla i zużywają ponad dwie trzecie światowej energii. Oczekuje się, że do 2050 r. wiele miast, takich jak Miami, Nowy Jork, San Diego i Dżakarta, wraz ze znaczną powierzchnią lądu w Chinach i Indiach znajdzie się pod wodą.

Bardziej zrównoważone planowanie rozwoju miast oraz lepsza kontrola nad czasem i zasobami wykorzystywanymi przez branżę budowlaną (obecnie wysoce nieefektywną) może pomóc w ograniczeniu marnotrawstwa energii i emisji dwutlenku węgla do atmosfery. Cyfrowe bliźniaki miast są rozwiązaniem problemu – mogą pomóc zoptymalizować wszystkie procesy urbanizacyjne, takie jak projektowanie, planowanie, budowa i bieżące zarządzanie. Cyfrowe bliźniaki mogą zmniejszyć marnotrawstwo energii pochodzącej ze słabo ocieplonych, starych budynków, a także obniżyć emisję pochodzącą z nieefektywnego ruchu ulicznego.

Obecnie na całym świecie realizowanych jest wiele miejskich projektów miejskich. Te miasta nie mają jeszcze swoich cyfrowych bliźniaków, ale jest to możliwe, jeśli rządy i lokalne stany spodziewają się, że będą je bezbłędnie utrzymywać. Skala projektu jest ogromna – większość wielkich miast prędzej czy później chce być sprytna. Ministerstwo Mieszkalnictwa i Spraw Miejskich rządu Indii wybrało 100 miast, które mają stać się smart do 2023 roku. Stany i rząd są głównymi inwestorami i inicjatorami projektu indyjskich inteligentnych miast. Oczekuje się, że wszystkie inteligentne indyjskie miasta umożliwią udział inteligentnych ludzi poprzez wykorzystanie ICT (narzędzi mobilnych).

W Chinach jest więcej realizowanych projektów smart city – prawie 500. Wiodących miast jest 100, z najbardziej znanych na liście, takich jak Pekin, Szanghaj, Shenzhen, Hangzhou, Chengdu i Wuhan. Większość z nich jest nadal w budowie, ale oczekuje się, że Chiny będą w przyszłości pierwszym krajem na Ziemi, który będzie w pełni inteligentny.

Niektóre z największych inteligentnych miast znajdują się w Stanach Zjednoczonych, a są to Nowy Jork, Los Angeles, San Francisco, Phoenix, Salt Lake City, Denver, Miami i Minneapolis. Londyn i Dubaj również stają się inteligentne, podobnie jak Paryż, Dżakarta, Melbourne, Barcelona i Taipei. Jak widzimy, większość największych miast dąży do tego, aby w najbliższej przyszłości stać się inteligentnymi i wszystkie z nich w końcu będą miały swoich cyfrowych bliźniaków.

• Ziemia i rolnictwo

W celu dalszej kontroli nad emisją dwutlenku węgla opracowywany jest bliźniak Ziemi. Stwierdzono, że cyfrowy bliźniak powinien pomóc w przewidywaniu zmian klimatu i przewidywaniu skutków tych zmian. Projekt rozpoczął się w połowie 2021 r. i przewiduje się, że potrwa co najmniej dziesięć lat. W końcu zostanie zaprojektowany pełny, bardzo dokładny cyfrowy model Ziemi. Replika Ziemi ma na celu odwzorowanie wszystkich procesów zachodzących na powierzchni Ziemi. Żywność, woda i energia będą również monitorowane przez tego bliźniaka.

Niektóre rozwiązania związane z cyfrowymi bliźniakami są już wykorzystywane w rolnictwie, aby zwiększyć produkcję upraw, takich jak kukurydza, pszenica i soja. Czujniki monitorują pogodę i jakość gleby. Zdarzenia naturalne, takie jak tornada, powodzie i susze, stanowią zagrożenie dla bezpieczeństwa żywnościowego, a dokładne prognozy dostarczane przez technologię bliźniaków cyfrowych mogą być rozwiązaniem dla rolnictwa.

• Ludzkie cyfrowe bliźniaki

Cyfrowy świat inteligentnych miast cyfrowych może potrzebować cyfrowych mieszkańców, aby się rozwijać. Ludzie mogą mieć swoich cyfrowych bliźniaków, a technologia już pozwala na tworzenie takich bytów. Oczekuje się, że cyfrowe bliźniaki ludzi, które będą prowadzić cyfrowe życie, wejdą do użytku przed końcem dekady, a to już wkrótce. Przewiduje się, że te cyfrowe bliźniaki będą myśleć i uczyć się od prawdziwych modeli – ludzi.

Zagrożenia i obawy

Cyfrowe bliźniaki ludzi mogą być przydatne dla pracodawców, firm i firm, ale czy byłyby równie korzystne dla pojedynczych osób? Może to okazać się wysoce nieetyczne i szkodliwe dla interakcji międzyludzkich. Cyfrowe bliźniaki, które nauczą się potrzebnych umiejętności, mogą zastąpić ludzi i sprawić, że będą zbędni. Pracodawcy mogą zdecydować się na zatrudnienie cyfrowego człowieka zamiast rzeczywistej osoby, co jest zrozumiałe tylko porównując koszty życia obu stworzeń.

Koniec wolności i wolnej woli. Wśród pochwał dotyczących funkcjonalności cyfrowych bliźniaków miast są te, które mogą wcale nie być tak korzystne dla ludzi. Mówi się, że rządy lub inne podmioty zarządzające mogą być w stanie kontrolować wszystkie istotne aspekty życia w przestrzeni miejskiej. Cyfrowy bliźniak będzie w stanie kontrolować przepływ ruchu – co oznacza, że ​​można nie być w stanie podróżować tam, gdzie chce oraz kontrolować temperaturę pomieszczeń i wody używanej w mieszkaniach obywateli – co oznacza, że ​​możesz nie być już w stanie brać długich pryszniców .

Ilość władzy i kontroli, jaką technologia cyfrowych bliźniaków zapewnia nieznanym, nieprzewidywalnym władzom, które będą rządzić naszymi miastami, jest nadmierna i niebezpieczna – będzie milion sposobów karania nieposłusznych jednostek, po prostu poprzez manipulację bezpośrednim otoczeniem danej osoby (brak dostępu do usług, ograniczona ilość zasobów, ograniczona możliwość podróżowania).

Prawdziwi ludzie mogą być zmuszeni do życia w małych, zamkniętych miejscach, bez dostępu do natury lub innych żywych stworzeń. Ponieważ firmy detaliczne planują przenieść się do wirtualnej rzeczywistości, zakupy będą również realizowane za pośrednictwem wirtualnych mediów. Wydaje się, że niektórzy z głównych projektantów technologii cyfrowych bliźniaków zapomnieli, że zakupy to nie tylko nabywanie towarów, ale mają one więcej wspólnego z: kontaktami towarzyskimi, rozrywką i odświeżeniem dla umysłu.

Obecnie istnieją żywe przykłady inteligentnych miast, które można analizować w odniesieniu do kwestii etycznych i wolnościowych. Pekin jest chwalony za system płatności, który umożliwia bezgotówkową egzystencję w całym mieście – czy wszyscy obywatele świata byliby zmuszeni do posiadania inteligentnego urządzenia? Kanton zastąpił dowód osobisty smartfonem – system jest w pełni sprawny, ale pozwala na większą kontrolę nad poszczególnymi obywatelami niż kiedykolwiek było to możliwe. Osoby krytykujące rząd nie mają już szans na ukrywanie się w Kantonie.

Najważniejsze pytanie dotyczące cyfrowych bliźniaków realnej przestrzeni (miasta, Ziemia, obiekty) i cyfrowych bliźniaków ludzi dotyczy powiązania człowieka z jego repliką, które jest wymagane w całym procesie – czy byłby to smartfon, czy inne urządzenie. Przejście na rzeczywistość cyfrową wydaje się być konieczne w niektórych dziedzinach życia człowieka, ale technologia cyfrowych bliźniaków jest bardzo energochłonna. Czy nie powinniśmy zadać sobie pytania, czy wszystkie zastosowania technologii cyfrowych bliźniąt są naprawdę potrzebne we wszystkich aspektach naszego życia i kto dokładnie chciałby skorzystać na tym, aby ludzkie prototypy żyły z myślącymi bliźniakami w jakimś nierealnym, nienaturalnym i w pełni kontrolowanym świecie ?

Jeśli podobają Ci się nasze treści, dołącz do naszej pracowitej społeczności pszczół na Facebooku, Twitterze, LinkedIn, Instagramie, YouTube, Pintereście.

Autor: Robert Whitney

Ekspert i instruktor JavaScript, który szkoli działy IT. Jego głównym celem jest podnoszenie produktywności zespołu poprzez uczenie innych efektywnej współpracy podczas kodowania.

Zobacz wszystkie posty