Что такое цифровые двойники? Когда Черное Зеркало станет реальностью

Вам было страшно смотреть «Черное зеркало»? Думали ли вы о будущем с опаской? У нас есть сообщение для вас — есть технология, которая должна заставить вас задуматься. Нереальный мир Black Mirror становится реальностью. Поговорим о цифровых двойниках.

Цифровые двойники – оглавление:

1. Что такое цифровой двойник?
2. Каковы основные типы цифровых двойников?
3. В чем разница между цифровыми двойниками и симуляцией?
4. Основные области применения цифровых двойников
5. Преимущества цифровых двойников для отрасли
6. Будущие приложения цифровых двойников
7. Угрозы и опасения

Что такое цифровой двойник?

Цифровой двойник — это модель в виртуальной реальности, призванная отражать другой физический объект, существующий в реальном мире. Цифровой двойник — это точная копия объекта, не просто картинка или схема, и даже не симуляция объекта, а реплика, отражающая все особенности объекта. Реплика или цифровой концепт, содержащий информацию о реальном объекте, может быть создан и существовать как объект сам по себе и быть постоянно связанным с его физической моделью.

Все это означает, что концепция цифровых двойников содержит три основных элемента: реальное пространство с реальным объектом, виртуальное пространство с виртуальными объектами и связь между ними, которая обеспечивает постоянный поток информации между виртуальным пространством и реальным пространством.

Идея использования технологии цифровых двойников впервые была представлена ​​в 1991 году в публикации под названием « Зеркальные миры: или Программное обеспечение дня помещает Вселенную в обувную коробку » эксперта по компьютерам из Йельского университета Дэвида Гелернтера. В публикации Гелернтер утверждает, что точные представления о мире, доступные через экран компьютера, будут доступны каждому в ближайшем будущем. В его видении люди смогут взаимодействовать с магами так же, как они взаимодействуют с реальностью, с которой сталкиваются каждый день. Гелернтер предсказывает, что компьютеры будут использоваться по-другому, и объясняет, как можно построить копию мира с помощью современных технологий.

Концепция цифровых двойников также была разработана профессором Майклом Гривзом, которому приписывают первое применение этой идеи в производстве. Он представил концепцию в 2002 году на мероприятии, посвященном Product Life Management. Первоначально эта концепция называлась моделью зеркальных пространств. Его статьи и публикации восхваляют совершенство и удобство использования цифровых продуктов, которые не только неотличимы от своих реальных моделей, но и отлично подходят для целей тестирования и моделирования.

Однако технология цифровых двойников не так нова, как кажется. НАСА использовало технологию цифровых двойников еще в 1960-х годах во время своих миссий по исследованию космоса, когда космические корабли копировались на Земле и использовались для испытаний и исследований. Сам термин «цифровые близнецы», как мы его понимаем сегодня, использовал специалист НАСА Джон Викерс в 2010 году.

Каковы основные типы цифровых двойников?

Существует несколько типов цифровых двойников, но основное различие заключается в области или глубине применения, поэтому мы можем говорить о: двойниках частей, двойниках активов, двойниках системы или двойниках процессов. Двойники деталей — это очень простые, маленькие близнецы рабочих компонентов. Двойники активов используются для так называемых активов, сформированных из двух отдельных компонентов, работающих вместе. Двойники активов позволяют наблюдать и измерять два компонента в действии.

Системные близнецы находятся на следующем уровне сложности. Эти близнецы воспроизводят целые функционирующие системы и позволяют изучать более крупные физические объекты. Двойники процессов отражают работу огромных систем, таких как фабрики или другие крупные структуры. Двойники процессов помогают отслеживать сложные взаимодействия и позволяют синхронизировать элементы для достижения максимально возможной эффективности работы.

В чем разница между цифровыми двойниками и симуляцией?

Понятия симуляции и цифровых двойников иногда используются в отношении одних и тех же цифровых объектов, но это разные вещи и лежащие в их основе понятия разные. Моделирование обычно создается на платформе , такой как программное обеспечение CAD или другое, и оно не должно иметь никакого отношения к какому-либо реальному физическому объекту.

Цифровой двойник, напротив, должен создаваться в связи с реальным физическим объектом. Весь процесс создания цифровых двойников основан на реальных данных, относящихся к объекту. Цифровая реплика связана с реальным объектом через датчики Интернета вещей и получает данные в режиме реального времени, а это означает, что данные постоянно обновляются. Поток информации между цифровым двойником и объектом является двусторонним. Результаты процессов, происходящих в цифровых двойниках, могут быть использованы обратно с реальным исходным объектом.

Основные области применения цифровых двойников

Создание цифровых двойников по-прежнему очень дорого и трудоемко, и в настоящее время использование цифровых двойников ограничено определенными областями. Они широко используются в таких областях, как:

• Городское планирование

Цифровые двойники городов могут отображать реалистичные пространственные данные в системах 3D и 4D. Применение близнецов позволяет более последовательно планировать городскую среду. В настоящее время все больше и больше городов решают объединиться с Шанхаем и Сингапуром и создать своих близнецов. Все данные доступны в режиме реального времени , что значительно улучшает все операции, связанные с проектированием улиц, зданий и транспортных систем. Большинство новых городов, строящихся в последнее время на Ближнем Востоке, одновременно создают своих цифровых двойников.

• Автомобильная промышленность

Второе очень важное применение цифровых двойников мы можем найти в автомобильной промышленности. Автомобили имеют сложную конструкцию, которая включает в себя множество систем, которые должны работать вместе без риска поломки. Цифровые двойники помогают повысить производительность и эффективность транспортных средств. В случае с автомобилями, которые работают с использованием поддержки ИИ, цифровые двойники позволяют заблаговременно проверить достоверность прогнозов.

• Здравоохранение

Изначально все цифровые двойники, используемые в сфере здравоохранения, представляли собой копии продуктов и оборудования. В настоящее время концепция цифрового двойника в здравоохранении применяется к пациентам, которым необходимо проводить диагностику и наблюдение. Строятся полностью персонализированные модели пациентов. Эти реплики позволяют хранить и отслеживать параметры образа жизни. Цифровые двойники всего населения позволят лучше искать закономерности.

• Промышленность

Цифровые двойники показывают функционирование объекта на протяжении всего его жизненного цикла. Самое первое применение технологии цифровых двойников было в производстве. Все сложные продукты можно производить с использованием цифровых двойников и использовать их на каждом этапе производства.

• Электростанции

Цифровые двойники помогают устанавливать расписание для таких огромных сложных объектов, как электростанции. Все виды больших двигателей и турбин необходимо регулярно обслуживать, и их работа сильно зависит от циклических процессов, которыми необходимо управлять упорядоченно, чтобы поддерживать их в рабочем состоянии. Цифровые двойники кажутся здесь незаменимыми.

Преимущества цифровых двойников для отрасли

• Сокращение рисков

Здоровье и безопасность сотрудников, а также окружающая среда могут быть защищены с помощью программного обеспечения цифровых двойников. Бизнес-цели могут быть достигнуты за счет сокращения несчастных случаев во время производственного процесса. Благодаря технологии цифровых двойников избежать дорогостоящих простоев намного проще.

• Качество продукции

Благодаря лучшему пониманию, обеспечиваемому моделированием, проводимым с помощью технологии цифровых двойников, компании могут улучшать качество своих продуктов и настраивать их в режиме реального времени, когда возникает необходимость.

• Стоимость обслуживания ниже

Цифровые двойники предоставляют компании прогнозы, связанные со всем производственным процессом. Это позволяет им планировать ремонт или замену деталей до того, как что-то сломается.

Будущие приложения цифровых двойников

Нет предела будущему применению цифровых двойников. В настоящее время цифровые близнецы все еще изучают свои новые навыки, но количество вложенных денег и количество когнитивных способностей растут с каждым годом в геометрической прогрессии. В настоящее время рынок цифровых двойников растет в основном в нескольких ведущих секторах, таких как производство, автомобилестроение, авиация, энергетика, здравоохранение и логистика, но прогнозируется, что его будущее развитие охватит все возможные области человеческой деятельности.

• Умные города

Основная причина, по которой ученые хотят создать цифровые двойники городов и поселков, — это выбросы углерода, которые генерируются огромными городскими сооружениями. Было подсчитано, что города производят примерно 70% углерода и потребляют более двух третей мировой энергии. Ожидается, что многие города, такие как Майами, Нью-Йорк, Сан-Диего и Джакарта, а также значительные площади суши в Китае и Индии к 2050 году окажутся под водой.

Более устойчивое планирование городского развития и лучший контроль над временем и ресурсами, используемыми строительной отраслью (в настоящее время крайне неэффективной), могут помочь сократить потери энергии и выбросы углерода в атмосферу. Цифровые двойники городов — это решение проблемы , они могут помочь оптимизировать все процессы урбанизации, такие как проектирование, планирование, строительство и повседневное управление. Цифровые близнецы могут сократить потери энергии из-за плохо изолированных старых зданий, а также снизить выбросы из-за неэффективного транспортного потока.

В настоящее время во всем мире реализуется множество городских городских проектов. У этих городов еще нет своих цифровых двойников, но они появятся, если правительства и местные штаты рассчитывают поддерживать их безукоризненно. Масштабы проекта огромны — большинство крупных городов рано или поздно стремятся стать умными. Министерство жилищного строительства и городского хозяйства при правительстве Индии выбрало 100 городов, которые станут умными к 2023 году. Основными инвесторами и инициаторами проекта индийских умных городов являются штаты и правительство. Ожидается, что все умные индийские города позволят участвовать умным людям с помощью ИКТ (мобильных инструментов).

В Китае действует большее количество проектов умного города — почти 500. Есть 100 ведущих городов, самые известные из которых входят в список, такие как Пекин, Шанхай, Шэньчжэнь, Ханчжоу, Чэнду и Ухань. Большинство из них все еще находятся в стадии строительства, но ожидается, что Китай станет самой первой из стран на Земле, которая станет полностью умной в будущем.

Некоторые из крупнейших умных городов расположены в Соединенных Штатах, и это Нью-Йорк, Лос-Анджелес, Сан-Франциско, Феникс, Солт-Лейк-Сити, Денвер, Майами и Миннеаполис. Лондон и Дубай тоже становятся умнее, как Париж, Джакарта, Мельбурн, Барселона и Тайбэй. Как мы видим, большинство крупнейших городов стремятся стать умными в ближайшем будущем, и все они со временем будут иметь своих цифровых двойников.

• Земля и сельское хозяйство

Для дальнейшего контроля за выбросом углекислого газа разрабатывается двойник Земли. Утверждается, что цифровой двойник должен помочь прогнозировать изменения климата и прогнозировать результаты таких изменений. Проект стартовал в середине 2021 года, и ожидается, что он продлится не менее десяти лет. В итоге будет создана полная высокоточная цифровая модель Земли. Реплика Земли призвана отображать все процессы, происходящие на поверхности Земли. Еда, вода и энергия также будут контролироваться через этого близнеца.

Некоторые решения, связанные с цифровыми двойниками, уже используются в сельском хозяйстве для увеличения производства таких культур, как кукуруза, пшеница и соя. Датчики следят за погодой и качеством почвы. Природные явления, такие как торнадо, наводнения и засухи, представляют угрозу для продовольственной безопасности, и точные прогнозы, предоставляемые технологией цифровых двойников, могут стать решением для сельского хозяйства.

• Цифровые близнецы человека

Цифровой мир умных цифровых городов может нуждаться в цифровых людях для процветания. Люди могут иметь своих цифровых двойников, и технология уже позволяет создавать такие сущности. Ожидается, что цифровые близнецы людей, которые будут вести цифровую жизнь, начнут использоваться до конца десятилетия, что произойдет довольно скоро. Предполагается, что эти цифровые близнецы будут думать и учиться у реальных моделей — людей.

Угрозы и опасения

Цифровые двойники людей могут быть полезны для работодателей, предприятий и компаний, но будут ли они столь же полезны для отдельных людей? Это может оказаться крайне неэтичным и пагубным для человеческого взаимодействия. Человеческие цифровые двойники, которые приобретут необходимые навыки, могут заменить людей и сделать их излишними. Работодатели могут решить нанять цифрового человека вместо реального человека, что понятно только при сравнении стоимости жизни обоих существ.

Конец свободы и свободы воли. Среди восхвалений функциональности цифровых двойников городов есть те, которые могут быть вовсе не так полезны для людей. Говорят, что правительства или другие управляющие структуры могут контролировать все жизненно важные аспекты жизни в городском пространстве. Цифровой двойник сможет управлять транспортным потоком — то есть человек не сможет путешествовать, куда захочет, и контролировать температуру комнат и воды, используемой в квартирах граждан, — то есть вы больше не сможете долго принимать душ. .

Объем власти и контроля, предоставленный технологией цифровых двойников неизвестным, непредсказуемым властям, которые будут управлять нашими городами, чрезмерн и опасен — будет миллион способов наказать непослушных личностей, просто манипулируя ближайшим окружением человека. (отсутствие доступа к услугам, ограниченное количество ресурсов, ограниченная возможность путешествовать).

Настоящие люди могут быть вынуждены жить в маленьких замкнутых пространствах, без доступа к природе или другим живым существам. По мере того, как розничные компании планируют перейти в виртуальную реальность, покупки также будут осуществляться через виртуальные среды. Кажется, что некоторые из крупных разработчиков технологии цифровых двойников забыли, что шоппинг — это не только приобретение товаров, но и нечто большее: общение, развлечение и освежение ума.

В настоящее время существуют живые примеры умных городов, которые можно анализировать в отношении вопросов этики и свободы. Пекин хвалят за его платежную систему, позволяющую безналично обходиться по всему городу — будут ли все граждане мира вынуждены иметь смарт-устройство? Гуанчжоу заменил удостоверения личности смартфонами — система полностью работоспособна, но позволяет контролировать отдельных граждан в большей степени, чем когда-либо. Люди, критикующие правительство, больше не имеют возможности прятаться в Гуанчжоу.

Самый главный вопрос о цифровых двойниках реального космоса (городов, Земли, объектов) и цифровых двойниках человека — это связь между человеком и его репликой, необходимой для всего процесса — будь то смартфон или другое устройство. Переход в цифровую реальность кажется необходимым для некоторых сфер жизни человека, но технология цифровых двойников очень энергозатратна. Не должны ли мы спросить себя, действительно ли все приложения технологии цифровых двойников необходимы во всех аспектах нашей жизни, и кто именно хочет извлечь выгоду из создания человеческих прототипов, живущих с мыслящими близнецами в каком-то нереальном, неестественном и полностью контролируемом мире? ?

Если вам нравится наш контент, присоединяйтесь к нашему сообществу занятых пчел в Facebook, Twitter, LinkedIn, Instagram, YouTube, Pinterest.

Автор: Роберт Уитни

Эксперт и инструктор по JavaScript, который тренирует ИТ-отделы. Его главная цель — повысить продуктивность команды, научив других эффективно сотрудничать при написании кода.

Просмотреть все сообщения