Existe un interés creciente en las tecnologías y los conceptos que conectan el mundo virtual y el mundo real, como los gemelos digitales, los metaversos y los CPS. ¿Qué beneficios aportan estas tecnologías y sus aplicaciones al mundo real? En este artículo, explicaremos cómo se utilizan las tecnologías que conectan el mundo virtual y el mundo real, incluidos los gemelos digitales.
Tecnologías y procesos que conectan los mundos virtual y real
En el pasado, lo que sucedía en el mundo real y lo que sucedía en el mundo virtual eran eventos separados que no se cruzaban, como los mundos paralelos. Sin embargo, con el desarrollo de la tecnología digital, cada vez es posible conectar estos dos mundos.
El IoT es esencial para conectar el mundo real y el mundo virtual. El IoT desempeña un papel a la hora de abrir una puerta de entrada al mundo virtual mediante el uso de sensores para recopilar datos sobre todos los eventos que ocurren en el mundo real. Los gemelos digitales y el metaverso son ejemplos representativos de la fusión del mundo real y el mundo virtual. Echemos un vistazo más de cerca a los gemelos digitales y al metaverso, y al CPS que está profundamente involucrado en ellos.
¿Qué es un gemelo digital?
Un gemelo digital es algo que digitaliza objetos y eventos del mundo real y los reproduce en tiempo real en un mundo virtual o en la tecnología detrás de él. Los gemelos digitales, que significan «gemelos digitales», son exactamente eso: reproducir una réplica exacta en un mundo digital. El propósito es operar y administrar de manera ideal objetos y eventos del mundo real, como fábricas, productos, planificación urbana y planes de construcción.
Por ejemplo, si una fábrica de producción se reproduce como un gemelo digital, la línea de producción en el mundo real también se reproduce exactamente como está. El funcionamiento de los equipos y las personas, el almacenamiento y la entrada y salida de materias primas y productos, e incluso el posterior transporte al mercado, se construyen como gemelos digitales, y los sistemas de producción que rodean a estas fábricas funcionan en una computadora. En este caso, el diseño del producto, el estado operativo de la línea de producción, la frecuencia de aparición de problemas, el almacenamiento y el flujo de productos, la disposición del almacén y el estado del transporte se pueden predecir y probar de antemano con el gemelo digital.
Si solo observa estas partes, puede resultar difícil ver la diferencia con un simulador que realiza simulaciones en un espacio virtual convencional. Las principales diferencias entre las simulaciones y los gemelos digitales son la amplitud y precisión del eje temporal y la escala del rango esperado. Los gemelos digitales se pueden probar con modelos que están vinculados a objetos del mundo real y funcionan, y se caracterizan por su alta naturaleza de tiempo real. Además, a diferencia de las simulaciones que se crean en base a ejemplos anteriores, es posible ver la situación actual e incluso el futuro.
El rango en el que los datos cambian en conjunto es amplio y, a diferencia de las simulaciones típicas que examinan un proceso, varios procesos cambian. Esto permite examinar la gama de impactos causados por los cambios.
Esta gran escala de investigación ha llevado a su uso en una amplia gama de campos. También es extremadamente útil en el desarrollo urbano y el diseño arquitectónico, ya que puede reducir el tiempo requerido para el trabajo que, de otro modo, requeriría múltiples rondas de ida y vuelta entre múltiples procesos de desarrollo para finalizar el diseño. Se espera que se utilice en una variedad de campos como una forma de progresión del proceso de fabricación y desarrollo de próxima generación.
¿Qué es el metaverso?
El metaverso es un mundo o espacio virtual construido en Internet. En el metaverso, pueden tener lugar experiencias y comunicaciones que trascienden el mundo real y también se pueden llevar a cabo actividades económicas. Los usuarios pueden moverse libremente a través de avatares que se representan a sí mismos en un espacio virtual tridimensional, interactuar con personas, comprar y vender bienes y servicios y disfrutar de una amplia gama de experiencias.
¿Qué es el CPS?
CPS es un acrónimo de Sistema Cibernético Físico y hace referencia a un sistema o concepto que conecta el mundo real y el mundo virtual. Este concepto hace referencia al proceso de analizar la información recopilada de un sistema físico en el mundo real utilizando tecnología informática en un espacio virtual (ciberespacio). En este caso, los datos obtenidos a través de un sistema de sensores se utilizan para pasar del sistema físico al ciberespacio. Esto permite el análisis cuantitativo en lugar de la experiencia subjetiva o la intuición. El CPS se puede usar en una variedad de aplicaciones, como reemplazar eventos del mundo real por el mundo virtual y, a la inversa, expresar eventos del mundo virtual en el mundo real.
Las diferencias entre los gemelos digitales, los metaversos y el CPS
Los gemelos digitales, los metaversos y los CPS se relacionan con la fusión de los mundos real y virtual, pero existen algunas diferencias entre ellos:
- Un gemelo digital es una representación digital en tiempo real de un objeto o tecnología del mundo real.
- El metaverso es un espacio virtual o una tecnología de aplicación que utiliza ese espacio.
- El CPS es un proceso en el que los eventos del mundo real se analizan en un mundo virtual y luego se utilizan para beneficiar al mundo real.
De esta manera, los gemelos digitales son tecnologías y herramientas, el metaverso representa un espacio o dominio y CPS se refiere a un proceso. Al considerar a los gemelos digitales desde la perspectiva de los gemelos digitales, el metaverso es el espacio en el que existen los gemelos digitales, y el CPS es el proceso de utilizar gemelos digitales para retroalimentar el mundo real.
La tecnología detrás de los gemelos digitales
En los gemelos digitales se utilizan las siguientes tecnologías:
IoT
El IoT (Internet de las cosas) es una tecnología que conecta todo, desde dispositivos electrónicos, maquinaria industrial, automóviles y electrodomésticos a Internet y comparte información. Para construir un gemelo digital de alta precisión, se requiere una gran cantidad de datos detallados sobre objetos del mundo real. El IoT es uno de los elementos esenciales para crear un gemelo digital que recopile datos de objetos y refleje continuamente esa información en el mundo virtual.
AI
Ahora se llama más comúnmente IA, pero en el pasado se llamaba más comúnmente inteligencia artificial. La característica más importante de la IA es que es una inteligencia que no solo acumula conocimiento, sino que también tiene la capacidad de emitir juicios por sí misma. Antes, emitir juicios era una tarea que solo los humanos podían realizar, pero con la aplicación práctica de la IA, las máquinas ahora pueden actuar en nuestro nombre. No solo eso, sino que ahora es posible emitir juicios y distinciones con gran precisión, como analizar grandes cantidades de datos a gran velocidad y observar cosas que los humanos no pueden notar. En los gemelos digitales, las cosas del mundo real se reproducen con precisión en el mundo virtual y los resultados del análisis se retroalimentan al mundo real. En este momento, la presencia de la IA es fundamental para el análisis.
No solo ha mejorado la capacidad de procesamiento de la información de la IA, sino que también ha aumentado la cantidad de datos adquiridos debido a la expansión de la IoT, por lo que hay más oportunidades para que la IA aprenda por sí misma. Esto ha permitido obtener resultados de análisis aún más precisos. La IA es una tecnología esencial para los gemelos digitales, que requieren un análisis preciso y de alta velocidad.
5 G
El 5G (sistema de comunicación móvil de quinta generación) es una tecnología de comunicación que puede transmitir y recibir grandes volúmenes de datos a altas velocidades con baja latencia. Para los gemelos digitales, que requieren la reflexión de datos en tiempo real en el mundo virtual, la alta velocidad y la estabilidad de la transmisión y recepción de datos son importantes. En el futuro, se espera que el uso del 5G aumente cada vez más en los gemelos digitales.
VR, AR, MR
La VR (Realidad Virtual), la RA (Realidad Aumentada) y la RM (Realidad Mixta) también son tecnologías importantes que se utilizan para los gemelos digitales. Al experimentar cosas del mundo real en el mundo virtual y expresar cosas del mundo virtual en el mundo real, se puede hacer que los gemelos digitales tengan un nivel de realidad más alto. Actúan como una especie de interfaz para experimentar gemelos digitales.
Beneficios de usar gemelos digitales
Se pueden esperar los siguientes beneficios de la utilización de gemelos digitales:
Seguridad mejorada
Con un gemelo digital, puedes usar un modelo que replica lo que existe en el mundo real para llevar a cabo pruebas que son imposibles en el mundo real. También puede realizar pruebas que impliquen acciones peligrosas o cargas excesivas y determinar los límites en los que se garantiza la seguridad y el factor de seguridad a partir de esos límites. También puede comprobar hasta qué punto las secuelas de un error o accidente tendrán un impacto.
Reducción del tiempo de entrega y del TTM
Desarrollar nuevos sistemas o productos para sistemas o fábricas que operan en el mundo real lleva mucho tiempo. Por ejemplo, en una fábrica, es necesario encontrar tiempo para detener la línea de producción para realizar pruebas o la producción de prototipos. No es raro tener que volver a realizar la prueba después de que cada departamento o socio comercial la haya confirmado. Al utilizar un gemelo digital, se pueden realizar muchos tipos de pruebas de forma inmediata, lo que acelera el proceso de desarrollo. Esto puede acortar los plazos de entrega de los productos y el TTM (tiempo de comercialización).
Predicción de problemas y mantenimiento predictivo
Al analizar un modelo operativo utilizando un gemelo digital, es posible determinar los signos de problemas antes de que ocurran, el ciclo de deterioro de los consumibles, etc. Al predecir los problemas a partir de los resultados de dicho análisis, es posible llevar a cabo un mantenimiento predictivo, como reemplazar piezas o repararlas por adelantado.
Mejora de la calidad
Mientras las operaciones continúan en el mundo real, el gemelo digital permite probar diferentes procesos de fabricación y métodos de almacenamiento, lo que lleva a mejoras de calidad.
Reducción de costos
Con un gemelo digital, puede probar y simular en cualquier momento, independientemente de las condiciones operativas o los procesos de producción del mundo real. Esto significa que no hay necesidad de perder ventas o contratar a un gran número de personas. También reduce los costos en varios procesos al optimizar las pruebas, los procesos de desarrollo y el mantenimiento de los equipos.
Casos de uso de Digital Twin
De hecho, los gemelos digitales se utilizan en los siguientes lugares y campos:
Uso de modelos de ciudades en 3D para crear ciudades inteligentes
El Ministerio de Tierras, Infraestructura, Transporte y Turismo ha lanzado un proyecto llamado «PLATEAU» que permite utilizar modelos 3D de ciudades de Japón como gemelos digitales. No solo puedes caminar por la ciudad en un espacio virtual, sino que también puedes usarlo para el desarrollo urbano en un espacio virtual. De hecho, Shibuya ya ha empezado a usarlo para crear una ciudad inteligente.
Recreación del sitio de construcción para optimizar la construcción
Komatsu, famosa por su maquinaria pesada, está desarrollando actualmente un sistema para optimizar los trabajos de construcción mediante el uso de un gemelo digital de la obra. No solo se puede comprobar el estado de la construcción en tiempo real, sino que también se pueden analizar las predicciones futuras y las predicciones del riesgo de accidentes, lo que aumentará la seguridad de la construcción. Además, los planes de construcción se pueden crear a partir del análisis utilizando el gemelo digital, lo que permite acortar significativamente los plazos de entrega.
Fábrica que predice anormalidades y evita incidentes
Daikin Industries, conocida por sus acondicionadores de aire y maquinaria industrial, ha comenzado a operar gemelos digitales junto con sus fábricas inteligentes. Además de los datos de control de la línea de producción, los gemelos digitales también reflejan datos como los datos biométricos de los trabajadores, la temperatura dentro de la fábrica y las concentraciones de CO2. Esto ayuda a predecir anormalidades y prevenir incidentes graves.
Para ver ejemplos del uso de gemelos digitales en la industria manufacturera, consulte también» ¿Por qué el gemelo digital atrae la atención en la industria manufacturera? Presentamos los antecedentes, los beneficios y los ejemplos».
Creando un nuevo futuro con gemelos digitales
Al utilizar gemelos digitales, es posible vincular los eventos del mundo virtual y el mundo real, que hasta ahora se han tratado como entidades independientes, y mejorar la seguridad, la calidad y la eficiencia en el mundo real. Los procesos que antes implicaban prueba y error y la retroalimentación en el siguiente paso ahora se pueden probar en un espacio virtual digital y la retroalimentación se puede proporcionar directamente. Se espera que los gemelos digitales sean una tecnología que cree un nuevo futuro al vincular el mundo virtual con el mundo real.
