¿Qué es un gemelo digital?

(Y cómo está cambiando IoT, IA y más)

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La tecnología de los gemelos digitales ha avanzado más allá de la fabricación y ha llegado a los mundos en fusión de la Internet de las cosas, la inteligencia artificial y la analítica de datos.

A medida que «cosas” más complejas con la capacidad de producir datos se conectan, tener un equivalente digital brinda a los científicos de datos y a otros profesionales TI la capacidad de optimizar las implementaciones para lograr la máxima eficiencia y crear otros contextos hipotéticos.

¿Qué es un gemelo digital?
Un gemelo digital es una representación digital de un objeto o sistema físico. La tecnología detrás de los gemelos digitales se ha expandido para incluir artículos grandes como edificios, fábricas e incluso ciudades, y algunos han dicho que las personas y los procesos pueden tener gemelos digitales, ampliando el concepto aún más. La idea surgió por primera vez en la NASA: las maquetas a escala real de las primeras cápsulas espaciales, utilizadas en tierra para reflejar y diagnosticar los problemas en órbita, con el tiempo dieron paso a simulaciones totalmente digitales.

Pero el término realmente despegó después de que Gartner designara a los gemelos digitales como una de sus diez tendencias tecnológicas estratégicas principales para el 2017, afirmando que, dentro de tres a cinco años, «miles de millones de cosas serán representadas por gemelos digitales, un modelo dinámico de software de algo físico o de un sistema”. Un año después, Gartner una vez más nombró a los gemelos digitales como una de las principales tendencias, afirmando que «con un estimado de 21 mil millones de sensores y terminales conectados para el 2020, los gemelos digitales existirán para miles de millones de cosas en el futuro cercano”.

En esencia, un gemelo digital es un programa de computadora que toma datos del mundo real sobre un objeto físico o sistema como inputs, y como outputsproduce predicciones o simulaciones respecto a cómo ese objeto físico o sistema se verá afectado por aquellos inputs.

¿Cómo funciona un gemelo digital?
Un gemelo digital comienza su vida siendo construido por especialistas, a menudo expertos en ciencia de datos o matemáticas aplicadas. Estos desarrolladores investigan la física que subyace en el objeto o sistema físico que se está imitando y utilizan esos datos para desarrollar un modelo matemático que simula el mundo real en el espacio digital.

El gemelo está construido de modo que pueda recibir información proveniente de sensores que recopilan datos de una contraparte del mundo real. Esto le permite al gemelo simular el objeto físico en tiempo real, ofreciendo en el proceso información sobre el rendimiento y los problemas potenciales. El gemelo también podría diseñarse en base a un prototipo de su contraparte física, en cuyo caso el gemelo puede proporcionar retroalimentación cuando se refina el producto; un gemelo podría incluso servir como un prototipo antes de que se construya una versión física.

El proceso es descrito detalladamente en este post de Eniram, una compañía que crea gemelos digitales de los enormes buques portacontenedores que transportan gran parte del comercio mundial -un tipo extremadamente complejo de aplicación de gemelos digitales. Sin embargo, un gemelo digital puede ser tan complicado o tan simple como se desee, y la cantidad de datos que utilice para construirlo y actualizarlo determinará la precisión con la que estará simulando un objeto físico. Por ejemplo, este tutorial describe cómo construir un gemelo digital simple de un automóvil, tomando solo unas pocas variables de entrada para calcular el kilometraje.

Casos de uso para un gemelo digital
Estos dos ejemplos de gemelo digital (el automóvil y el buque de carga) le dan una idea de los posibles casos de uso. Los objetos como los motores de los aviones, trenes, plataformas marinas y turbinas se pueden diseñar y probar digitalmente antes de ser producidos físicamente. Estos gemelos digitales también podrían usarse para ayudar con las operaciones de mantenimiento. Por ejemplo, los técnicos podrían usar un gemelo digital para probar que un arreglo propuesto para una pieza de equipo funciona antes de aplicar el arreglo del gemelo físico.

Las aplicaciones empresariales de gemelos digitales se encuentran en varios sectores:

  • La fabricación es el área donde los despliegues de gemelos digitales son probablemente los más avanzados, puesto que las fábricas ya usan gemelos digitales para simular sus procesos, como se explica en este estudio del caso de Deloitte.
  • Los gemelos digitales automotricesson posibles porque los autos ya están equipados con sensores de telemetría, pero el perfeccionamiento de la tecnología será más importante a medida que se usen en las carreteras vehículos más autónomos.
  • La salud es el sector que produce los gemelos digitales de las personas que mencionamos anteriormente. Sensores de tamaño medianoenvían información de salud a un gemelo digital que se usa para monitorear y predecir el bienestar de un paciente.

Gemelos digitales y la IoT
Claramente, la explosión de los sensores IoT es parte de lo que hace que los gemelos digitales sean posibles. Y como los dispositivos IoT son refinados, los contextos de un gemelo digital pueden incluir objetos más pequeños y menos complejos, algo que brinda beneficios adicionales a las empresas.

Los gemelos digitales se pueden usar para predecir diferentes resultados basados en datos variables. Esto es similar al contexto de simulación que se ve a menudo en las películas de ciencia ficción, donde se prueba un posible contexto en el ambiente digital. Con software y analítica de datos adicionales, los gemelos digitales a menudo pueden optimizar una implementación de IoT para obtener la máxima eficiencia, así como ayudar a los diseñadores a descubrir dónde deberían ir las cosas o cómo funcionan antes de que se implementen físicamente.

Cuanto más pueda duplicar un objeto físico un gemelo digital, existen más probabilidades de que se encuentren eficiencias y otros beneficios. En la fabricación, por ejemplo, donde los dispositivos son muy instrumentados, los gemelos digitales con mayor precisión podrían simular el desempeño de los dispositivos en el largo plazo, lo cual podría ayudar a predecir el desempeño futuro y las posibles fallas.

Proveedores de gemelos digitales
Construir un gemelo digital es complejo, y aún no existe una plataforma estandarizada para hacerlo. Ian Skerrett, consultor que trabaja en este campo y cuenta con una larga trayectoria en código abierto, ha propuesto el esquema de una plataforma de gemelos digitales, aunque éste es un primer paso, puesto que se adapta a la naturaleza básicamente embrionaria del campo.

En contraste con muchas tecnologías emergentes, las ofertas comerciales de gemelos digitales en realidad provienen de algunas de las compañías más grandes en el campo. Por ejemplo, GE, que desarrolló internamente la tecnología de gemelos digitales como parte de su proceso de fabricación de motores a reacción, ahora ofrece su experiencia a los clientes, al igual que Siemens, otro gigante industrial muy involucrado en la fabricación. Para no ser superado por estas compañías proveedoras fabricantes, IBM está comercializando gemelos digitales como parte de su trabajo en IoT, y Microsoft está ofreciendo su propia plataforma de gemelos digitales bajo el paraguas corporativo de Azure.

Gemelos digitales versus gemelos predictivos
En un artículo de noviembre del 2017 para Network World, el colaborador Deepak Puri describió un ejemplo de una herramienta de gemelo digital de Oracle que ofrece a los usuarios dos opciones: un gemelo digital y un gemelo predictivo.

El gemelo digital «puede incluir una descripción de los dispositivos, una representación 3D y detalles sobre todos los sensores en el dispositivo. Genera continuamente lecturas de sensores que simulan opciones de la vida real”.

El gemelo predictivo «modela el estado futuro y el comportamiento del dispositivo”, escribe Puri. «Esto se basa en datos históricos de otros dispositivos, que pueden simular averías y otras situaciones que requieren atención”.

Como parte de su iniciativa de gemelos digitales, adicionalmente a los productos físicos, Microsoft está tomando el concepto y aplicándolo a procesos. En un documento técnico, Microsoft propone la idea del proceso de gemelos digitales:

«El Process Digital Twin es el siguiente nivel de transformación digital, que combina los beneficios del Process Digital Twin en toda la fábrica y la cadena de abastecimiento”, afirma Microsoft. El documento técnico asociado resalta algunos contextos avanzados de fabricación que no reciben soporte por parte de los gemelos digitales de producto, pero sí lo recibirían por parte de los gemelos digitales de proceso.

Beneficios de los gemelos digitales
Los gemelos digitales ofrecen una visión en tiempo real de lo que está sucediendo con los activos físicos, lo que puede aliviar radicalmente las cargas de mantenimiento. Chevron está implementando tecnología de gemelos digitalespara sus campos petroleros y refinerías, con la expectativa de ahorrar millones de dólares en costos de mantenimiento. Y Siemens afirma como parte de su propuesta que, el uso de gemelos digitales para modelar y realizar prototipos de objetos que aún no se han fabricado, puede reducir los defectos del producto y acortar el tiempo de comercialización.

Pero tenga en cuenta que Gartner advierte que los gemelos digitales no siempre son necesario, y pueden aumentar innecesariamente la complejidad. «[Los gemelos digitales] podrían ser una tecnología excesiva para un problema de negocios en particular. También existen preocupaciones respeto al costo, la seguridad, la privacidad e integración”.

Habilidades del gemelo digital
¿Le interesa convertirse en un profesional de gemelos digitales? Los conjuntos de habilidades necesarias son exigentes y requieren experiencia especializada en aprendizaje automático, inteligencia artificial, analítica predictiva y otras capacidades de la ciencia de datos. Esa es parte de la razón por la cual las grandes empresas están haciendo negocio en este espacio: puede que una empresa pequeña pueda encontrar más razonable contratar un equipo de consultores que capacitar a sus trabajadores internos.

Noticias sobre los gemelos digitales
El gobierno británico está creando un gemelo digital de toda su infraestructura nacional con el fin de prepararse para futuros desafíos.

Asimismo, la idea de que los gemelos digitales podrían ayudar a Estados Unidos a mantener su equipo militar de manera más eficiente está ganando terreno; y los gerentes están comenzando a ver las ventajas de los gemelos digitales para sus procesos de negocios.

Otros recursos para el gemelo digital

Keith Shaw y Josh Fruhlinger, Network World.com

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