Digital twins: qué son, para qué sirven y cuáles son los beneficios y problemas de los gemelos digitales

Digital twins: qué son, para qué sirven y cuáles son los beneficios y problemas de los gemelos digitales
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¿Cómo se aseguran los ingenieros de la NASA de que van a poder controlar cualquier elemento de una nave especial cuando está a miles de kilómetros de distancia? ¿De que van a saber cómo se comporta cuando entran en juego otras temperaturas y fuerzas de la gravedad? Creando gemelos digitales.

Qué son los los gemelos digitales

Un gemelo digital (o digital twin) es una representación digital de un objeto, proceso o servicio físico: desde un motor a reacción o parques eólicos a edificios o ciudades enteras. Estas réplicas virtuales son utilizadas para hacer simulaciones antes de que se creen e implementen cambios en los objetos reales, con el fin de recopilar datos para predecir cómo funcionarán.

En muchas ocasiones, los objetos físicos están dotados con muchos sensores encargados de recopilar datos sobre su estado en tiempo real, las condiciones de trabajo o su posición. Todos estos datos deben ser analizados y procesados para recrear el modelo digital.

Cómo se generan

Un gemelo digital se crea en un programa de ordenador que usa datos del mundo real para recrear simulaciones que pueden predecir cómo funcionará un producto o proceso. Se utilizan para evitar fallos en los objetos físicos y para realizar funciones avanzadas de análisis, monitorización y predicción.

Los responsables de crear un gemelo digital suelen ser expertos en matemáticas aplicadas o ciencia de datos. Estos profesionales analizan la física y los datos operativos de un objeto y desarrollan un modelo matemático que simule el original.

Al crear estos gemelos digitales hay que asegurarse de que el modelo virtual pueda recibir comentarios de los sensores que recopilan datos de la versión del mundo real. Esto permite que la versión digital imite y simule lo que está sucediendo con la versión original en tiempo real.

En este tutorial técnico se puede ver cómo crear un gemelo digital de un coche.

Qué se necesita para crearlos

Para crear un gemelo digital hay que recopilar muchos datos, tanto del objeto como de lo que está a su alrededor. Con esta información se pueden crear modelos computacionales que representan los comportamientos o estados del objeto físico.

Estos datos pueden ser relativos al ciclo de vida de un producto, sus  especificaciones de diseño, sus procesos de producción, información de ingeniería, de producción (incluyendo materiales, piezas, métodos y control de calidad)...

Un gemelo digital puede ser tan complejo o tan simple como se necesite. La cantidad de datos que recoja determinará también con qué precisión el modelo digital simula la versión física.

Para qué se usan

Una vez que se han recopilado todos los datos, se usan para crear modelos analíticos con los que predecir los efectos y comportamientos de ese objeto ante unos posibles cambios.

Estas simulaciones están generadas teniendo en cuenta cuestiones como ingeniería, física, química, estadística, aprendizaje automático, inteligencia artificial, lógica empresarial u objetivos. Estos modelos se pueden mostrar a través de representaciones en 3D y modelado de realidad aumentada para ayudar a la comprensión humana de los hallazgos.

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El desarrollo y creación de un gemelo digital se emplea, a grandes rasgos, para tres cuestiones principales

  • Prototipo de gemelo digital (DTP): antes de crear un producto físico final se hace uno digital para ver cómo sería realmente y cómo se comportaría. 
  • Instancia gemela digital (DTI): una vez que ya se ha fabricado un producto, se emplea el gemelo digital para hacer pruebas en diferentes escenarios de uso con el virtual y no con el real
  • Digital Twin Aggregate (DTA): recopila información del caso anterior para determinar las capacidades de un producto, ejecutar pronósticos y probar parámetros operativos

A través de estos tres casos de uso típicos las empresas pueden predecir diferentes resultados basados en datos variables, lo que ayuda a determinar dónde deben ir las cosas o cómo funcionan antes de que se implementen físicamente.

Qué beneficios tienen

El gemelo digital crea un modelo de simulación que puede actualizarse junto con el modelo físcio y real o en lugar de este. Esto permite a las empresas evaluar un ciclo de desarrollo completamente informatizado, desde el diseño hasta la implementación e incluso el desmantelamiento.

Al imitar los activos físicos, los marcos y las operaciones para producir datos continuos, un gemelo digital permite a la industria anticipar el tiempo de inactividad, reaccionar a las circunstancias cambiantes, probar las mejoras del diseño y mucho más.

Un gemelo digital se puede utilizar para ahorrar tiempo y dinero siempre que sea necesario probar un producto o proceso, ya sea en el diseño, implementación, monitoreo o mejora.

Evidentemente, estos beneficios del gemelo digital dependen mucho de cada caso, pero en las grandes infraestructuras permite hacer un seguimiento y análisis de los productos existentes. Al hacerlo, se puede reducir su mantenimiento y los costes asociados, además de prever posibles fallos y adelantarse a ellos.

Kumpan Electric Fjebhgip0p4 Unsplash

Cuando se emplean para crear prototipos antes de la fabricación, los gemelos digitales permiten reducir los defectos del producto, mejorando la planificación y su entrega, además de la calidad del mismo.

En qué industrias se usan

Los gemelos digitales se están utilizando ya en varias industrias, con diferentes aplicaciones y propósitos. Por ejemplo, en las fábricas se usan para que la cadena de producción sea más ágil y reducir posibles errores.

El sector médico se ha beneficiado del gemelo digital en áreas como la donación de órganos, la formación quirúrgica, o modelando el flujo de personas a través de los hospitales y rastrean dónde pueden existir infecciones y quiénes pueden estar en peligro por contacto.

En logística, los gemelos digitales se pueden usar en una amplia variedad de aplicaciones, como la gestión de flotas de contenedores, la monitorización de envíos o el diseño de grandes sistemas logísticos. Los sensores de IoT en contenedores individuales, por ejemplo, muestran su ubicación y monitorizan cuestiones como los daños o la contaminación que produce su transporte. Estos datos fluyen hacia un gemelo digital de la red de contenedores, que utiliza el aprendizaje automático para hacer las mejoras necesarias de cara a garantizar que los contenedores se implementen de la manera más eficiente posible.

DHL, por ejemplo, es una de las compañías que está utilizando esta tecnlogía.

Qué problemas tienen

Construir un gemelo digital es complejo. Además, no hay una plataforma estandarizada para hacerlo ni está del todo claro cuál es la tecnología necesaria para construir e implementar gemelos digitales.

Las propuestas comerciales de gemelos digitales vienen de la mano de algunas grandes empresas. 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 otras empresas, al igual que Siemens, otro gigante industrial muy involucrado en la fabricación.

Pero también nombres tecnológicos, como IBM o Microsoft, están comercializando su propuesta de gemelos digitales.

Quién inventó los gemelos digitales

El concepto de gemelos digitales se atribuye a David Gelernter y a su libro "Mirror Worlds", pero fue Michael Grieves, del Instituto de Tecnología de Florida, quien lo aplicó al concepto de fabricación en 2002.

Sin embargo, fue la NASA quien adoptó por primera vez el concepto de gemelo digital en 2010, con el fin de mantener y reparar sistemas cuando no estaban cerca de ellos. La idea se utilizó para crear simulaciones digitales de cápsulas espaciales y naves para realizar pruebas. Hoy en día, la NASA utiliza gemelos digitales para desarrollar nuevas recomendaciones, hojas de ruta y vehículos y aviones de próxima generación.

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