Todos recordamos 2001: Una odisea del espacio (1968) la película que sorprendió al mundo con un futuro en el que los astronautas dialogaban con un súper ordenador (HAL 9000) capaz de monitorizar la nave y gestionar su funcionamiento. Casi medio siglo después, esta “ficción ideada por el cineasta Stanley Kubrick y el escritor Arthur C. Clarke, es ya realidad. Los gemelos digitales como veremos más adelante son los protagonistas de la Revolución Industrial 4.0.

El concepto de gemelo digital surgió por primera vez en la NASA. Allí las maquetas a gran escala de las primeras cápsulas espaciales utilizadas en el suelo para reflejar y diagnosticar problemas en órbita, finalmente, dieron paso a simulaciones totalmente digitales. La famosa frase “Houston, tenemos un problema”  hacía referencia a la comunicación que los tripulantes de una nave establecían con la central americana para que intentaran guiarles en la resolución de un problema.

Los gemelos digitales, ayer ciencia ficción, hoy tendencia tecnológica

El término  «gemelo digital»  se empezó a escuchar más tarde a partir de que en 2017 Gartner afirmase que los gemelos digitales serían una de las 10 tendencias tecnológicas estratégicas más importantes, comentando que dentro de entre tres y cinco años, “millones de cosas serán representadas por un gemelo digital, un modelo de software dinámico de un elemento o sistema físico”.

Gemelo digital Industria 4.0

Gemelo Digital en Siemens. Cortesia de Business Insider

Un año después, Gartner volvió a mencionar a los gemelos digitales como una tendencia en auge, augurando que “en base a la estimación de que en 2020 habrá más de 21 mil millones de sensores y terminales conectados, en un futuro cercano existirán gemelos digitales para millones de cosas”.

¿Qué es un gemelo digital?

Un gemelo digital es una réplica virtual de una entidad física viva o no viva. En otras palabras, una representación virtual de un producto o proceso de producción de modo que los ingenieros puedan examinar su diseño, probar potenciales cambios y detectar errores antes de llevarlo a la vida real.

Estas copias virtuales de cada proceso, línea productiva y activo de la planta se convierten en imprescindibles para mejorar la competitividad de las industrias. En el caso de una fábrica, los gemelos digitales son representaciones digitales vivas de dispositivos y procesos que integran una factoría, conectadas con el sistema real al que representan mediante Sistemas Ciber físicos (CPS), o, dicho de otra manera, un modelo virtual de un producto, de un proceso o de un servicio.

Un ejemplo de gemelo digital sería la representación de una planta de procesado de alimentos, en la que se encuentra una línea de producción compuesta por diferentes estaciones de maquinaria industrial.

Gemelo Digital en supermercados

Imegen cortesia de Izertis. https://www.izertis.com

Los aerogeneradores, los motores o las grúas ya son capaces de comprenderse a sí mismos y de conversar en lenguaje natural con los ingenieros. No es ciencia ficción, son los gemelos digitales, una tecnología disruptiva que será vital en el auge y desarrollo de la Cuarta Revolución Industrial.

Mercado de Gemelos Digitales

Estudio realizado por Vector IT Group

En el mundo empresarial un gemelo digital se refiere a las réplicas virtuales de productos, servicios o sistemas que se utilizan para prevenir problemas y facilitar la experimentación. Los gemelos digitales integran tecnologías exponenciales como internet de las cosas, inteligencia artificial, aprendizaje automático y análisis de software para crear modelos de simulación digital que se actualizan y cambian a medida que cambian sus contrapartes físicas.

Según Vector It Group,  “los gemelos digitales pueden tener el mayor impacto durante la fase de producción y diseño. Sus mayores ventajas son a través de la visualización, que mejora el aprendizaje humano y los procesos de toma de decisiones y ayuda a descubrir áreas que requieren atención; y la colaboración, debido al hecho de que más partes interesadas pueden obtener una comprensión de sus máquinas y procesos, ya no obstaculizados por la distancia física a las máquinas”.

Sectores que invertirán en gemelos digitales en 2020

Estudio realizado por Vector IT Group

Tal como se señala en el informe Industry 4.0 and the digital twin de Deloitte Insights, los beneficios que reporta el gemelo digital incluyen la prevención de tiempos de inactividad y la previsión de problemas (reduciendo el margen de error y los fallos), la posibilidad de planificar y simular nuevos productos o procesos (prediciendo los resultados), la capacidad de personalizar la producción según los requerimientos del cliente y, finalmente, desarrollar nuevas oportunidades de negocio.

Pero hablar de gemelos digitales, a día de hoy, no es hablar de una solución cerrada y lista para usar. Es hablar de un proyecto de ingeniería y de desarrollo que crece día a día aprendiendo de sus errores.

Realidad Virtual, Realidad aumentada y gemelos digitales

En la industria 4.0, un gemelo digital permite contar con un modelo virtual de una planta a la que el usuario puede «acceder» sin estar presencialmente allí. Para ello, el modelo se presenta mediante un dispositivo de visualización VR, logrando una experiencia 100% inmersiva.

Una vez que el gemelo se ha creado, es posible presentar información asociada a cada elemento virtual. Esto resulta especialmente interesante cuando se combina con fuentes de datos como sensores IoT o señales procedentes de los sistemas de control de la línea de producción.

En el caso de la realidad aumentada/mixta el usuario se ubicaría presencialmente en el entorno. El dispositivo de realidad aumentada/mixta recoge y procesa continuamente imágenes de la planta, identificando los elementos a su alrededor. Entonces, recibe y presenta información asociada a cada uno de ellos desde los sensores, el ERP o cualquier otra fuente de datos conectada.

 

Gemelos digitales en la planificación de ciudades

Los gemelos digitales, hasta hace poco enfocados en exclusiva al ámbito industrial, se están abriendo paso como una de las tecnologías de referencia en las smart cities del mañana. De hecho, un informe reciente de ABI Research señala que, en 2025, habrá 500 digital twins en uso en otras tantas ciudades inteligentes de todo el globo.

Los gemelos digitales juegan un papel muy importante en la planificación de ciudades porque incluyen modelados espaciales del entorno, modelos matemáticos de sistemas eléctricos y mecánicos, y datos de sensores en tiempo real obtenidos de plataformas de Internet de las Cosas (IoT, por sus siglas en inglés). Se espera que para 2025 su uso se extienda a 500 urbes, según recoge la consultora ABI Research en su informe ‘Digital twins, smart cities and urban modeling’.

Una de las ciudades que ya ha desplegado gemelos digitales es Singapur. Esta ciudad Estado ha desarrollado Singapur Virtual, un modelo dinámico tridimensional y plataforma de datos colaborativa que, cuando se complete, podrá ser utilizada por diferentes sectores para resolver los desafíos de esta urbe.

El desarrollo del proyecto ha sido impulsado por la Fundación de Investigación Nacional (NRF), la Oficina del Primer Ministro de Singapur, la Autoridad de Tierra (SLA) y la Agencia de Tecnología del Gobierno (GovTech). NRF lidera el desarrollo, mientras que SLA apoya con sus datos de mapeo topográfico 3D y se convertirá en el operador y propietario cuando se complete Singapur Virtual.

El uso de gemelos digitales en la organización urbanística no solo permite optimizar los recursos de una ciudad, también abrir el paso a ciudades inteligentes más sostenibles y pensadas en quienes las habitan: las personas.

 

Gemelos digitales en el mundo de la industria

Imaginemos ahora un gemelo virtual realizado a imagen y semejanza de un producto —la turbina de un avión, las palas de un aerogenerador, la fachada de un edificio, etc.— al que se le incorporan datos en tiempo real que pueden ser captados a través de sensores o de tecnologías relacionadas con el Big Data. Una vez recolectada dicha información, esta es procesada con Inteligencia Artificial, Cloud Computing y Machine Learning para alumbrar una representación viva que siente, piensa y actúa.

Además de la ya citada NASA, otras empresas relevantes ya los están usando, como puede ser el caso de General Electrics y su plataforma IoT para sus turbinas de viento para encontrar una solución para protegerlas de los vientos violentos del Atlántico norte

Rolls Royce, que utiliza gemelos digitales para modelar diferentes escenarios digitalmente para mejora el diseño de sus motores de avión
SAP, que dispone de un componente que utiliza un programa 3D y lo combina con los datos enviados por los sensores, como la fuerza o el estrés para dar una visión sobre los dispositivos.

En el sector aeronáutico, por la complejidad de sus productos, el gemelo digital ya ha encontrado su sitio. Los objetos conectados que se utilizan en los aviones permiten proveer información sobre el entorno completo. El sector de la automoción está empezando también a utilizarlos, ya que permite entender mejor sus clientes, como usan sus productos y sus deseos.

Sacyr, en colaboración con la startup Talent Swarm perteneciente a Dynatec, está creando gemelos digitales para optimizar la gestión de nuestras plantas industriales de agua.

Los gemelos digitales son una tecnología disruptiva

Los gemelos digitales son una tecnología disruptiva que promete revolucionar la industria y será fundamental para las fábricas 4.0. Estos cambios se harán patentes en muchos ámbitos: la producción de piezas personalizadas y adaptadas a las demandas y requerimientos específicos de los clientes fomentará su satisfacción, la consecución de procesos más eficientes se traducirá en una reducción considerable de las emisiones contaminantes, y el análisis de los datos y la simulación posterior permitirá crear comportamientos predictivos que optimizarán los resultados.

Con una previsión de 21.000 millones de objetos conectados en 2020, se pronostica que haya un número similar de gemelos digitales.

Con toda seguridad, esta tecnología no solo será relevante para las máquinas, si no que tendrá aplicaciones directas para el ser humano. Ya es de por sí un concepto vanguardista el crear copias digitales de las cosas, pero lo realmente disruptivo es poder hacer lo mismo con las personas. ¿Podremos tener algún día una copia digital exacta de nuestro organismo alimentada por millones de datos, históricos y recibidos en tiempo real, procedentes de nuestro “yo físico”? Hay quien piensa que algún día será posible. Así lo veremos en el sector de la salud, por ejemplo, los gemelos digitales podrían ayudar a crear planes de atención médica y aumentar las medidas preventivas de cara a posibles enfermedades.

La cuarta revolución industrial implica mucho más que la dimensión tecnológica; tiene que ver con nuevos modelos de negocio, la gestión de riesgos o la eficiencia operativa. Se trata de revolucionar la industria con la tecnología y la digitalización como potente revulsivo. Y quizá los ´gemelos digitales´ engloban mejor que ningún otro nuevo sistema tecnológico, el gran paradigma de cambio que supone la industria 4.0.

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