Los gemelos digitales son modelos virtuales de sistemas físicos que sirven para planificar cambios en estos entornos a bajo coste y riesgo. ¿Cuáles son sus características, en qué mejoran los procesos industriales y para qué se usan estos moldes digitales?
¿Qué son los gemelos digitales?
Los gemelos digitales son representaciones virtuales y operativas de entornos físicos. Son una virtualización útil sobre la que plantear cambios u operar. Por ejemplo, el plano 3D digitalizado de una vivienda, en el que se puede colocar muebles para ver cómo quedan, es un modelo sencillo de gemelo digital si se incluyen elementos como gestión energética o sensorización de internet de las cosas (IoT).
La mayoría de los gemelos digitales se utilizan en modelos industriales o industrializados, tales como la virtualización de maquinaria, en el ámbito de una fábrica e incluso en el modelado de ciudades. La representación tridimensional que Tony Stark emplea en la película ‘Iron Man’ en su traje es una versión digital en tiempo real, aunque sea ficticio.
Los gemelos digitales fueron anticipados por David Gelernter en su libro ‘Mirror Worlds’ (1991, ‘Mundos del espejo: O el día que el software ponga el universo en una caja de zapatos… Cómo sucederá y qué significará’). Aunque se definieron por primera vez para entornos industriales hacia 2002 de la mano de Michael Grieves, e implementados con éxito en un programa de simulación de la NASA en 2010.
Características principales de un gemelo digital
Para que un objeto virtual sea considerado gemelo digital ha de cumplir algunas condiciones:
- El objeto reflejado ha de representar uno o varios objetos físicos reales. Una fábrica virtual operativa no es un gemelo digital si no existe de verdad.
- Además, el gemelo digital ha de ser dinámico y poder operar. El escenario digitalizado de una plaza no es un gemelo digital, aunque podría serlo si incluye métricas de desplazamientos de peatones.
- Ha de constituir una representación realista del objeto físico. Un completísimo e interactivo esquema urbano del metro podría no ser un gemelo digital si no está a escala y no refleja con precisión las cotas, aunque esto depende del propósito del modelo.
- El gemelo digital tiene que poder actualizarse a lo largo del tiempo. Y, a ser posible, operar en paralelo al objeto referente, basándose en datos en tiempo real.
- Asimismo, el gemelo digital ha de poder servir como banco de pruebas. De modo que sea posible testar sobre lo virtual futuras intervenciones físicas. Sus resultados predictivos han de ser coherentes.
- Los gemelos digitales deben ser un apoyo para la toma de decisiones. Un modelo cuasi-idéntico de una fábrica no cumple los requisitos si no ayuda a implementar mejoras en el proceso o previene errores.
¿Cómo se generan los gemelos digitales?
Como el modelado digital o las simulaciones virtuales, la mayoría de los gemelos digitales se construyen sobre entornos tridimensionales o en simuladores que luego pueden integrarse con estos.
En la guía de Kim Novack para la creación de gemelos digitales orientados a la industria 4.0 se establece un decálogo para el diseño de estos gemelos. La parte activa del proceso de construcción se resume en:
- Escanear el objeto físico.
- Crear un modelo tridimensional.
- Diseñar los flujos o procesos que este llevará a cabo.
- Conectarlo en tiempo real con el objeto físico.
Para la construcción de estos modelos suele ser necesarios conocimientos de programación, ingeniería industrial, matemáticas u ciencia de datos, así como diseño industrial y diseño gráfico. De ahí que, de momento, suelan estar relegadas a las grandes empresas. Sin embargo, cada vez hay más software y diseños que ayudan a construir.
Casos de uso de gemelos digitales
Los primeros usos de gemelos digitales se dieron en el sector aeroespacial en 2010. John Vickers y Michael Grieves diseñaron un plan para conceptualizar un cohete, generando una representación tridimensional funcional y conectada al objeto real. Desde entonces, todas las compañías aeroespaciales, públicas y privadas, usan gemelos digitales.
También es muy frecuente verlos en las fábricas. Lleva años implantándose, y hay ejemplos en España, como el caso de Maviva, dentro del sector industrial. Como puede verse en el vídeo, la compañía ha virtualizado procesos de ingeniería con el fin de “probar potenciales cambios y detectar errores antes de llevarlos a cabo en la vida real”, según explica Sonia Iglesias, su gerente.
Uno de los usos más extendidos de los gemelos digitales es la gestión y planificación urbana. Las ciudades son entornos físicos reales ‘digitalizables’, caracterizadas por complejas interacciones y flujos: personas desplazándose, residuos, niveles de biodiversidad, mapas de contaminación, etcétera. Muchos de estos parámetros se actualizan en tiempo real (energía), mientras que otros son más estáticos (normativa de edificación).
Beneficios y dificultades de los gemelos digitales
Entre los beneficios de usar gemelos digitales se encuentra la prevención, planificación y bajo coste. Poder experimentar sobre entornos virtuales tiene un impacto positivo en costes, así como en el medioambiente. Todo gracias a que primero se testan soluciones en digital y, cuando se ve que funciona, se traslada a la realidad.
Sin embargo, los gemelos digitales aún tienen muchas barreras. Entre ellas se encuentran la dificultad de extender un servicio de momento relegado a grandes empresas, así como ser capaces de conectar mediante señales en tiempo real el modelo digital y el físico. La fase de implantación, por su falta de estandarización, sigue siendo un reto.
Redactado por M. Martínez Euklidiadas
Imágenes | Syed Hussaini/Unsplash, Wilmjakob/Wikimedia Commons
