Kas yra skaitmeniniai dvyniai? Kai Juodasis veidrodis tampa realybe

Ar bijojote žiūrėdami „Black Mirror“? Ar galvojote apie ateitį su nerimu? Turime jums žinią – yra technologija, kuri turėtų priversti jus mąstyti. Nerealus „Black Mirror“ pasaulis tampa realybe. Pakalbėkime apie skaitmeninius dvynius.

Skaitmeniniai dvyniai – turinys:

1. Kas yra skaitmeninis dvynys?
2. Kokie yra pagrindiniai skaitmeninių dvynių tipai?
3. Koks skirtumas tarp skaitmeninių dvynių ir simuliacijų?
4. Pagrindinės skaitmeninių dvynių taikymo sritys
5. Skaitmeninių dvynių privalumai pramonei
6. Ateities skaitmeninių dvynių taikymai
7. Grėsmės ir rūpesčiai

Kas yra skaitmeninis dvynys?

Skaitmeninis dvynys yra modelis virtualioje realybėje, sukurtas atspindėti kitą fizinį objektą, kuris egzistuoja tikroje pasaulyje. Skaitmeninis dvynys yra tikslus objekto atitikmuo, ne tik nuotrauka ar schema, ar net simuliacija objekto, bet replika, kuri atspindi visas objekto savybes. Replika arba skaitmeninė koncepcija, kuri apima informaciją apie tikrą objektą, gali būti sukurta ir egzistuoti kaip objektas pati ir būti nuolat susieta su savo fiziniu modeliu.

Visa tai reiškia, kad skaitmeninių dvynių koncepcija apima tris pagrindinius elementus: tikrą erdvę su tikru objektu, virtualią erdvę su virtualiais objektais ir ryšį tarp jų, kuris leidžia nuolatinį informacijos srautą tarp virtualios erdvės ir tikros erdvės.

Idėja naudoti skaitmeninių dvynių technologiją pirmą kartą buvo pristatyta 1991 m. publikacijoje pavadinimu Mirror Worlds: or the Day Software Puts the Universe in a Shoebox Yale kompiuterių eksperto David Gelernter. Publikacijoje Gelernter teigia, kad tikslūs pasaulio atvaizdai, prieinami per kompiuterio ekraną, bus prieinami visiems artimoje ateityje. Jo vizijoje žmonės galės bendrauti su vaizdais taip, kaip jie bendrauja su kasdien patiriama realybe. Gelernter prognozuoja, kad kompiuteriai bus naudojami kitaip ir paaiškina, kaip šiandieninėmis technologijomis galima sukurti pasaulio repliką.

Skaitmeninių dvynių koncepciją taip pat išplėtojo profesorius Michael Grieves, kuris yra pripažintas pirmo šios idėjos taikymo gamyboje. Jis pristatė koncepciją 2002 m. renginyje, skirtame produkto gyvavimo ciklo valdymui. Iš pradžių koncepcija buvo vadinama Veidrodinių erdvių modeliu. Jo straipsniai ir publikacijos giria skaitmeninių produktų tobulumą ir naudojamumą, kurie ne tik nesiskiria nuo tikrų modelių, bet ir puikiai tinka testavimo ir simuliacijos tikslais.

Tačiau skaitmeninių dvynių technologija nėra tokia nauja, kaip gali pasirodyti. NASA jau 1960-aisiais naudojo skaitmeninių dvynių technologiją savo kosmoso tyrimo misijose, kai erdvėlaiviai buvo replikuojami žemėje ir naudojami testavimui ir tyrimams. Pats terminas „skaitmeniniai dvyniai“, kaip mes jį suprantame šiandien, buvo naudojamas NASA specialisto Johno Vickerso 2010 m.

Kokie yra pagrindiniai skaitmeninių dvynių tipai?

Yra keli skaitmeninių dvynių tipai, tačiau pagrindinis skirtumas yra taikymo srityje ar gylio, todėl galime kalbėti apie: dalies dvynius, turto dvynius, sistemos dvynius arba proceso dvynius. Dalies dvyniai yra labai pagrindiniai, maži dvyniai darbo komponentų. Turto dvyniai naudojami vadinamiems turtams, sudarytiems iš dviejų atskirų komponentų, dirbančių kartu. Turto dvyniai leidžia stebėti ir matuoti dviejų komponentų veiklą.

Sistemos dvyniai yra kitame sudėtingumo lygyje. Šie dvyniai replikuoja visus veikiančius sistemas ir leidžia studijuoti didesnius fizinius objektus. Procesų dvyniai atspindi didelių sistemų, tokių kaip gamyklos ar kitos didelės struktūros, darbą. Procesų dvyniai padeda stebėti sudėtingas sąveikas ir leidžia sinchronizuoti elementus, kad būtų pasiekta didžiausia galimybė efektyvumui.

Koks skirtumas tarp skaitmeninių dvynių ir simuliacijų?

Simuliacijų ir skaitmeninių dvynių sąvokos kartais naudojamos kalbant apie tuos pačius skaitmeninius objektus, tačiau tai skirtingi dalykai ir pagrindinės sąvokos yra skirtingos. Simuliacija paprastai kuriama platformoje, tokioje kaip CAD programinė įranga ar kita, ir ji neturi jokio ryšio su jokiu realiu fiziniu objektu.

Skaitmeninis dvynys, priešingai, turi būti sukurtas susijęs su realiu fiziniu objektu. Visas skaitmeninių dvynių kūrimo procesas remiasi realiais duomenimis, susijusiais su objektu. Skaitmeninė replika yra susieta su realiu objektu per IoT jutiklius ir gauna realaus laiko duomenis, tai reiškia, kad duomenys nuolat atnaujinami. Informacijos srautas tarp skaitmeninio dvynio ir objekto yra dvikryptis. Procesų, kurie vyksta skaitmeniniuose dvyniuose, rezultatai gali būti naudojami atgal su realiu, originaliu objektu.

Pagrindinės skaitmeninių dvynių taikymo sritys

Skaitmeninių dvynių kūrimas vis dar yra labai brangus ir darbo reikalaujantis, o šiuo metu skaitmeninių dvynių naudojimas yra ribotas tam tikrose srityse. Jie plačiai naudojami tokiose srityse kaip:

• Miestų planavimas

Skaitmeniniai dvyniai miestų gali parodyti realistiškus erdvinius duomenis 3D ir 4D sistemose. Dvynių taikymas leidžia nuoseklesnį miesto aplinkos planavimą. Šiuo metu vis daugiau miestų nusprendžia prisijungti prie Šanchajaus ir Singapūro ir sukurti savo dvynius. Visi duomenys yra prieinami realiu laiku, todėl tai labai pagerina visas operacijas, susijusias su gatvių, pastatų ir transporto sistemų projektavimu. Dauguma naujų miestų, kurie pastaruoju metu statomi Artimuosiuose Rytuose, turi savo skaitmeninius dvynius sukurtus tuo pačiu metu.

• Automobilių pramonė

Antras labai svarbus skaitmeninių dvynių taikymas, kurį galime rasti automobilių pramonėje. Automobiliai turi sudėtingą struktūrą, apimančią daugybę sistemų, kurios turi dirbti kartu be gedimo rizikos. Skaitmeniniai dvyniai padeda padidinti transporto priemonių našumą ir efektyvumą. Automobiliams, kurie veikia su AI pagalba, skaitmeniniai dvyniai leidžia anksti patikrinti prognozių galiojimą.

• Sveikatos priežiūra

Iš pradžių visos skaitmeniniai dvyniai, naudojami sveikatos priežiūros pramonėje, buvo produktų ir įrangos replikos. Šiuo metu skaitmeninio dvynio koncepcija sveikatos priežiūroje taikoma pacientams, kuriems reikia diagnozuoti ir stebėti. Visiškai personalizuoti pacientų modeliai yra kuriami. Šios replikos leidžia saugoti ir stebėti gyvenimo būdo parametrus. Skaitmeniniai dvyniai visai populiacijai leis didesnį modelių paiešką.

• Gamybos pramonė

Skaitmeniniai dvyniai rodo objekto veikimą per visą jo gyvavimo ciklą. Pirmasis skaitmeninių dvynių technologijos taikymas buvo gamyboje. Visi sudėtingi produktai gali būti gaminami naudojant skaitmeninius dvynius, ir jie gali būti naudojami kiekviename gamybos etape.

• Elektrinės

Skaitmeniniai dvyniai padeda nustatyti tvarkaraštį tokioms didelėms, sudėtingoms struktūroms kaip elektrinės. Visi dideli varikliai ir turbinos turi būti reguliariai prižiūrimi, o jų veikimas labai priklauso nuo ciklinių procesų, kurie turi būti tvarkomi tvarkingai, kad būtų išlaikyta jų veikla. Skaitmeniniai dvyniai čia atrodo nepakeičiami.

Skaitmeninių dvynių privalumai pramonei

• Rizikos mažinimas

Darbuotojų ir aplinkos sveikata ir sauga gali būti apsaugota naudojant skaitmeninių dvynių programinę įrangą. Verslo tikslai gali būti išlaikyti sumažinant nelaimingus atsitikimus gamybos procese. Su skaitmeninių dvynių technologija daug lengviau išvengti brangių prastovų.

• Produktų kokybė

Su geresniu įžvalgumu, kurį suteikia simuliacijos, vykdomos per skaitmeninių dvynių technologiją, įmonės gali pagerinti savo produktų kokybę ir pritaikyti juos realiu laiku, kai tik to prireikia.

• Priežiūros kaštai yra mažesni

Skaitmeniniai dvyniai teikia įmonei prognozes, susijusias su viso gamybos proceso eiga. Tai leidžia jiems suplanuoti remontus ar dalių keitimą prieš ką nors sugendant.

Ateities skaitmeninių dvynių taikymai

Ateities skaitmeninių dvynių taikymams nėra ribų. Šiuo metu skaitmeniniai dvyniai vis dar mokosi naujų įgūdžių, tačiau investicijų suma ir kognityvinės galios kiekis kasmet eksponentiškai didėja. Šiandien skaitmeninių dvynių rinka auga daugiausia keliuose pirmaujančiuose sektoriuose, tokiuose kaip gamyba, automobilių pramonė, aviacijos, energijos, sveikatos priežiūros ir logistikos, tačiau prognozuojama, kad jų ateities plėtra apims visas galimas žmogaus veiklos sritis.

• Protingi miestai

Pagrindinė priežastis, kodėl mokslininkai nori sukurti skaitmeninius dvynius miestams ir miesteliams, yra anglies dioksido emisija, kurią generuoja didelės urbanistinės struktūros. Manoma, kad miestai gamina apie 70% anglies ir sunaudoja daugiau nei du trečdalius pasaulio energijos. Tikimasi, kad daugelis miestų, tokių kaip Majamis, Niujorkas, San Diegas ir Džakarta, kartu su dideliu žemės plotu Kinijoje ir Indijoje 2050 m. bus po vandeniu.

Didesnis tvarus miesto plėtros planavimas ir geresnis laiko bei išteklių valdymas, naudojamų statybų pramonėje (šiuo metu labai neefektyvus), gali padėti sumažinti energijos švaistymą ir anglies emisiją į atmosferą. Skaitmeniniai dvyniai miestams yra sprendimas problemai – jie gali padėti optimizuoti visus urbanizacijos procesus, tokius kaip projektavimas, planavimas, statyba ir kasdienis valdymas. Skaitmeniniai dvyniai gali sumažinti energijos švaistymą, atsirandantį dėl prastai izoliuotų, senų pastatų, taip pat sumažinti emisiją, atsirandančią dėl neefektyvaus eismo srauto.

Šiuo metu visame pasaulyje vyksta daugybė miesto projektų. Šie miestai dar neturi savo skaitmeninių dvynių, tačiau jie turėtų atsirasti, jei vyriausybės ir vietinės valstybės tikisi juos išlaikyti be trūkumų. Projekto mastas yra milžiniškas – dauguma didelių miestų siekia tapti protingais anksčiau ar vėliau. Indijos vyriausybės Būsto ir miesto reikalų ministerija pasirinko 100 miestų, kurie turėtų tapti protingais iki 2023 m. Valstybės ir vyriausybė yra pagrindiniai projekto Indijos protingų miestų investuotojai ir iniciatoriai. Visi protingi Indijos miestai turėtų leisti protingiems žmonėms dalyvauti naudojant ICT (mobilias priemones).

Kinija turi didesnį skaičių veikiančių protingų miesto projektų – beveik 500. Yra 100 pirmaujančių miestų, iš kurių žinomiausi yra Pekinas, Šanchajus, Šendženas, Hangdžou, Čengdu ir Uhanas. Dauguma jų vis dar statomi, tačiau tikimasi, kad Kinija bus pirmoji šalis Žemėje, kuri ateityje taps visiškai protinga.

Kai kurie didžiausi protingi miestai yra JAV, tai yra Niujorkas, Los Andželas, San Fransiskas, Feniksas, Solt Leik Sitis, Denveris, Majamis ir Mineapolis. Londonas ir Dubajus taip pat tampa protingais, panašiai kaip Paryžius, Džakarta, Melburnas, Barselona ir Taipėjus. Kaip matome, dauguma didžiausių miestų siekia tapti protingais artimiausiu metu, ir visi jie galiausiai turės savo skaitmeninius dvynius.

• Žemė ir žemės ūkis

Siekiant tolesnio anglies dioksido emisijos kontrolės, kuriamas Žemės dvynys. Teigiama, kad skaitmeninis dvynys turėtų padėti prognozuoti klimato pokyčius ir numatyti tokių pokyčių pasekmes. Projektas prasidėjo 2021 m. viduryje ir tikimasi, kad jis truks mažiausiai dešimt metų. Galiausiai bus sukurtas visiškai tikslus skaitmeninis Žemės modelis. Žemės replika siekia atspindėti visus procesus, kurie vyksta Žemės paviršiuje. Maistas, vanduo ir energija taip pat bus stebimi per šį dvynį.

Kai kurie sprendimai, susiję su skaitmeniniais dvyniais, jau naudojami žemės ūkyje, siekiant padidinti tokių kultūrų kaip kukurūzai, kviečiai ir soja gamybą. Jutikliai stebi orą ir dirvožemio kokybę. Natūralūs įvykiai, tokie kaip tornadai, potvyniai ir sausros, kelia riziką maisto saugumui, tikslios prognozės, teikiamos skaitmeninių dvynių technologijos, gali būti sprendimas žemės ūkiui.

• Žmonių skaitmeniniai dvyniai

Skaitmeninis protingų miestų pasaulis gali reikalauti skaitmeninių žmonių gyventojų, kad klestėtų. Žmonės gali turėti savo skaitmeninius dvynius, o technologija jau leidžia kurti tokius subjektus. Tikimasi, kad skaitmeniniai žmonių dvyniai, kurie gyvens skaitmeninį gyvenimą, bus pradėti naudoti iki dešimtmečio pabaigos, kas yra gana greitai. Šie skaitmeniniai dvyniai prognozuojami, kad mąstys ir mokysis iš realių modelių – žmonių.

Grėsmės ir rūpesčiai

Žmonių skaitmeniniai dvyniai gali būti naudingi darbdaviams, verslui ir įmonėms, tačiau ar tai būtų vienodai naudinga individualiems žmonėms? Tai gali pasirodyti labai neetiška ir žalinga žmogaus sąveikoms. Žmonių skaitmeniniai dvyniai, kurie išmoks reikiamų įgūdžių, gali pakeisti žmones ir padaryti juos nereikalingais. Darbdaviai gali nuspręsti samdyti skaitmeninį žmogų vietoj tikro asmens, kas yra tik suprantama, palyginus abiejų būtybių gyvenimo kaštus.

Laiko ir laisvos valios pabaiga. Tarp pagyrimų dėl miestų skaitmeninių dvynių funkcionalumo yra tokių, kurie gali būti visai ne naudingi žmonėms. Sakoma, kad vyriausybės ar kitos valdymo institucijos gali sugebėti kontroliuoti visus gyvybiškai svarbius aspektus gyvenimo miesto erdvėje. Skaitmeninis dvynys galės kontroliuoti eismo srautą – tai reiškia, kad žmogus gali negalėti keliauti ten, kur nori, ir kontroliuoti kambarių ir vandens, naudojamo piliečių butuose, temperatūrą – tai reiškia, kad jūs galbūt negalėsite ilgai maudytis.

Galia ir kontrolė, suteikta skaitmeninių dvynių technologijos nežinomoms, nenuspėjamoms institucijoms, kurios valdys mūsų miestus, yra per didelė ir pavojinga – bus milijonas būdų nubausti nepaklusnius asmenis, tiesiog manipuliuojant asmens artimiausia aplinka (prieigos trūkumas prie paslaugų, ribotas išteklių kiekis, ribota kelionės galimybė).

     

Realiems žmonėms gali tekti gyventi mažose, uždarose vietose, be prieigos prie gamtos ar kitų gyvų būtybių. Kadangi mažmeninės prekybos įmonės planuoja pereiti į virtualią realybę, pirkimas bus realizuojamas per virtualius kanalus. Atrodo, kad kai kurie didžiausi skaitmeninių dvynių technologijos kūrėjai pamiršo, kad pirkimas nėra tik prekių įsigijimas, bet labiau susijęs su: socializacija, pramogomis ir atgaiva protui.

Šiuo metu yra gyvų protingų miestų pavyzdžių, kurie gali būti analizuojami etikos ir laisvės klausimais. Pekinas yra giriamas už savo mokėjimo sistemą, leidžiančią begrynę egzistenciją visame mieste – ar visi pasaulio piliečiai bus priversti turėti protingą įrenginį? Guangdžou pakeitė asmens tapatybės korteles išmaniaisiais telefonais – sistema veikia visiškai, tačiau leidžia didesnę kontrolę virš individualių piliečių nei kada nors anksčiau. Žmonės, kritikuojantys vyriausybę, Guangdžou jau neturi galimybės pasislėpti.

Svarbiausias klausimas apie skaitmeninius dvynius realioje erdvėje (miestuose, Žemėje, objektuose) ir skaitmeninius dvynius žmonėms yra apie ryšį tarp žmogaus ir jo replikos, kuris yra būtinas visam procesui – ar tai būtų išmanusis telefonas ar kitas įrenginys. Pokyčiai į skaitmeninę realybę atrodo būtini kai kuriose žmogaus gyvenimo srityse, tačiau skaitmeninių dvynių technologija yra labai energiją vartojanti. Ar neturėtume savęs paklausti, ar visos skaitmeninių dvynių technologijos taikymo sritys iš tikrųjų yra būtinos visose mūsų gyvenimo srityse ir kas tiksliai nori pasinaudoti tuo, kad žmonių prototipai gyventų su mąstančiais dvyniais kažkokiame nerealistiniame, nenatūraliame ir visiškai kontroliuojamame pasaulyje?

Jei jums patinka mūsų turinys, prisijunkite prie mūsų užimtos bičių bendruomenės Facebook, Twitter, LinkedIn, Instagram, YouTube, Pinterest.