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IAAI · 24 febrero 2024 February 24, 2024 · 6 min de lectura 4 min read

GEMELOS DIGITALES DIGITAL TWINS

¿QUÉ ES UN GEMELO DIGITAL? Un gemelo digital o digital twin es la creación exacta de copias digitales de objetos, productos o servicios. Es la representación de la realidad física a través de lo digital, la cual se desarrolla con el fin de analizar el funcionamiento de un objeto, para así aprovechar de la mejor manera la utilidad de este. Dicha copia, al ser digital, permite un estudio del mundo real de manera más eficiente y a menor costo. Algunos de los ejemplos de la proyección digital de un objeto son el motor de un automóvil, una aeronave, un edificio, entre otros. Los gemelos digitales permiten ver la realidad tanto del presente como del futuro. Esto quiere decir que permite analizar lo que está ocurriendo actualmente con un objeto, pero además crear escenarios simulados o hipotéticos para pronosticar lo que puede pasar con este objeto en el futuro. Con esta capacidad, simplifican el proceso previo a la fabricación de un producto, ya que la creación, modificación y realización de pruebas de dicho producto se hace sobre la réplica virtual del mismo, y no implica cambios costosos materialmente. Esta tecnología resulta imprescindible para el avance y desarrollo de la industria en la que nos encontramos en la actualidad, la industria 4.0, también conocida como la cuarta revolución industrial. Dicho de esta forma, los gemelos digitales se interrelacionan con otras tecnologías como Big Data, Inteligencia de las Cosas (IoT), Inteligencia Artificial, la Computación en la Nube, entre otras, siendo estas, herramientas que se implementan con el fin de obtener el gemelo digital para mejorar el rendimiento del mundo físico mediante simulaciones y predicciones. La creación de un gemelo digital permite mejorar las estrategias tecnológicas, probar productos y servicios antes de ser lanzados al mercado, prevenir futuros errores y evitar costos innecesarios. Lo anterior, porque el gemelo digital, junto con las tecnologías mencionadas anteriormente, proporcionan datos e información con mayor exactitud sobre el funcionamiento del objeto físico. ¿QUÉ EMPRESAS IMPLEMENTAN LOS GEMELOS DIGITALES Y CUÁLES SON SUS BENEFICIOS? Las principales industrias que han venido implementado esta tecnología son la industria automotriz, la aeronáutica, la arquitectura, la ingeniería y el servicio médico. Por ejemplo, los gemelos digitales se han implementado en maquinarias diseñadas para transportar petróleo, con el fin de predecir las posibles fallas en su mantenimiento y así prevenir altos costos y demoras en el proceso de la transportación. Es decir, existe una mayor fiabilidad mediante predicciones y simulaciones en los procesos de supervisión de un producto, generando mayor rendimiento, utilidad y perfección en el resultado. Otro ejemplo es la industria automotriz y aeronáutica, quienes con la tecnología de los gemelos digitales consiguen mejorar el rendimiento de sus vehículos, aumentando la rapidez, eficiencia y perfección de su producción. El tercer ejemplo involucra los servicios médicos, en los cuales los gemelos digitales han resultado de gran utilidad para la prestación del servicio, mediante un seguimiento más eficiente de la condición de salud en la que se encuentra el paciente. Por último, la construcción de edificios, parques y ciudades se benefician también de esta tecnología, ya que los datos proporcionados muestran la realidad actual de un entorno ya construido, para luego generar espacios y fiabilidad para el desarrollo del proyecto en el mundo físico. Concluyendo lo anterior, es necesario resaltar que dentro de las ventajas que trae la implementación de gemelos digitales en las diferentes industrias, se encuentran las siguientes:
  • Determinan que un objeto cumpla con los parámetros establecidos en cuanto a su diseño, antes de la creación en el mundo real.
  • Supervisan fallas en los productos o errores que se pueden presentar dentro de un proceso, basándose en predicciones y simulaciones que proporcionan datos para tomar decisiones de prevención o solución de manera rápida, eficiente y a menor costo.
  • Identifican las áreas ineficientes dentro de un proceso de fabricación y transportación de un producto, para darle una solución con menor riesgo.
  • Reducen el tiempo de producción de un objeto, con la finalidad de optimizar recursos que sean necesarios dentro de dicho proceso, como la energía y el agua.
  • Centralizan el Big Data; es decir, organizan los datos de una empresa, con el fin de situarlos en un solo lugar para que la visualización de estos requiera menor tiempo y menor costo de administración.
  • Proporcionan información de manera inmediata de un procedimiento que se encuentre en curso, para poder dar soluciones a cualquier anomalía que se presente.
  • Favorecen los procedimientos autónomos presentados por la industria 4.0, debido a la capacidad de analizar escenarios y proporcionar soluciones optimas.
  • Mejoran la calidad del producto, proceso o servicio, debido a que el programa informático de los gemelos digitales realiza múltiples simulaciones, predicciones y ensayos que le dan mayor confianza al producto, antes de ser implementado en la realidad física
Algunas de las empresas que han estado dando uso de la tecnología de los gemelos digitales, beneficiándose de las ventajas mencionadas anteriormente, son: Maserati, Vuhl, Rolls Royce, General Electric, ASTI Technology Group y Frumecar. ¿CUÁLES SON LAS DIFICULTADES Y COSTOS DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LOS GEMELOS DIGITALES? La principal dificultad que presenta la implementación de gemelos digitales es que la mayoría de las empresas actuales cuentan con una arquitectura tradicional, lo cual conlleva a que la adaptación de un espacio físico basado en datos y sensores, para que los gemelos digitales puedan operar, resulta excesivamente costosa y gran parte de las empresas no cuentan con los recursos para dicha inversión, la cual, en términos generales, asciende a la suma de 3.000 millones de euros. Por lo anterior, es posible concluir que aunque la tecnología de los gemelos digitales proporciona grandes beneficios, la inversión para adaptar la misma resulta bastante costosa para la mayoría de las empresas. ¿CUÁL ES EL ORIGEN DE LOS GEMELOS DIGITALES? El origen de los gemelos digitales tuvo lugar en la década de los años ochenta, cuando la NASA diseñó simulaciones del comportamiento de sus naves espaciales. Esto, con el fin de garantizar el resultado con éxito de sus misiones y el cuidado de la integridad física de los tripulantes. Los motivos que llevaron a la NASA a comenzar con el desarrollo de esta tecnología fue el accidente de la misión Apolo 13, ocurrido en el año 1970, el cual no acabó en tragedia porque lograron replicar, en tiempo récord, un gemelo digital de la nave. Así, pudieron solucionar la ausencia de dióxido de carbono que estaban teniendo los astronautas, creando, desde la tierra, un sistema de purificación del oxígeno con los mismos materiales que tenían los tripulantes e informándoles las instrucciones que debían seguir para crear el sistema. Sin embargo, hasta el año 2003 el ingeniero Michael Grieves de la Universidad de Michigan, mediante una ponencia, comenzó a aplicar el término “digital twin”. Y es desde ese momento que se ha venido ampliando su desarrollo con el paso de los años, de la mano con el avance de otras tecnologías como Big Data, la Inteligencia de las Cosas (IoT), la Computación en la Nube, entre otras.
WHAT IS A DIGITAL TWIN? A digital twin is the exact creation of digital copies of objects, products, or services. It is the representation of physical reality through digital means, developed for the purpose of analyzing how an object functions in order to make the best possible use of it. Being digital, this copy allows for a more efficient and lower-cost study of the real world. Some examples of the digital projection of an object include a car engine, an aircraft, a building, and others. Digital twins allow us to view both present and future realities. This means they enable analysis of what is currently happening with an object, while also creating simulated or hypothetical scenarios to forecast what may happen with that object in the future. With this capability, they simplify the pre-manufacturing process, as the creation, modification, and testing of a product is performed on its virtual replica, avoiding costly physical changes. This technology is essential for the advancement and development of the current industry in which we find ourselves — Industry 4.0, also known as the Fourth Industrial Revolution. In this way, digital twins interconnect with other technologies such as Big Data, the Internet of Things (IoT), Artificial Intelligence, and Cloud Computing, among others — tools implemented to obtain the digital twin and improve the performance of the physical world through simulations and predictions. Creating a digital twin makes it possible to improve technology strategies, test products and services before they are launched to market, prevent future errors, and avoid unnecessary costs. This is because the digital twin, together with the technologies mentioned above, provides data and information with greater accuracy about the functioning of the physical object. WHICH COMPANIES IMPLEMENT DIGITAL TWINS AND WHAT ARE THEIR BENEFITS? The main industries that have been implementing this technology are the automotive, aeronautical, architecture, engineering, and medical services sectors. For example, digital twins have been implemented in machinery designed to transport oil, with the goal of predicting possible maintenance failures and thereby preventing high costs and delays in the transportation process. In other words, there is greater reliability through predictions and simulations in the monitoring processes of a product, generating better performance, utility, and accuracy in the outcome. Another example is the automotive and aeronautical industry, which — through digital twin technology — is achieving improvements in vehicle performance, as well as increases in the speed, efficiency, and precision of production. A third example involves medical services, where digital twins have proven highly useful for service delivery through more efficient monitoring of patients' health conditions. Finally, the construction of buildings, parks, and cities also benefits from this technology, as the data provided reflects the current state of an already-built environment, subsequently enabling greater planning reliability for the development of projects in the physical world. In conclusion, it is important to highlight that among the advantages that the implementation of digital twins brings to different industries are the following:
  • They verify that an object meets established design parameters before being created in the real world.
  • They monitor product failures or errors that may occur within a process, based on predictions and simulations that provide data for making prevention or resolution decisions quickly, efficiently, and at lower cost.
  • They identify inefficient areas within a manufacturing and transportation process so that solutions with lower risk can be applied.
  • They reduce the production time of an object, with the goal of optimizing resources needed in that process, such as energy and water.
  • They centralize Big Data; that is, they organize a company's data with the goal of placing it in a single location so that accessing it requires less time and lower administrative costs.
  • They provide immediate information about an ongoing procedure so that solutions can be found for any anomaly that arises.
  • They support the autonomous processes introduced by Industry 4.0, thanks to their ability to analyze scenarios and provide optimal solutions.
  • They improve the quality of the product, process, or service, because the digital twin software performs multiple simulations, predictions, and tests that give the product greater reliability before it is implemented in the physical world.
Some of the companies that have been making use of digital twin technology and benefiting from the advantages mentioned above include: Maserati, Vuhl, Rolls Royce, General Electric, ASTI Technology Group, and Frumecar. WHAT ARE THE CHALLENGES AND COSTS OF IMPLEMENTING DIGITAL TWINS? The main challenge in implementing digital twins is that most current companies operate with traditional architectures, which means that adapting a physical space based on data and sensors so that digital twins can operate is excessively costly, and most companies do not have the resources for such an investment — which, in general terms, amounts to 3 billion euros. For this reason, it can be concluded that although digital twin technology provides great benefits, the investment required to implement it is quite high for the majority of companies. WHAT IS THE ORIGIN OF DIGITAL TWINS? The origin of digital twins dates back to the 1980s, when NASA designed simulations of the behavior of its spacecraft. The goal was to ensure the successful outcome of its missions and the physical safety of the crew members. The motivation that led NASA to begin developing this technology was the accident of the Apollo 13 mission in 1970, which did not end in tragedy because they managed to replicate — in record time — a digital twin of the spacecraft. This allowed them to resolve the carbon dioxide issue that the astronauts were experiencing by creating, from the ground, an oxygen purification system using the same materials available to the crew and relaying the instructions they needed to follow to build it. However, it was not until 2003 that engineer Michael Grieves of the University of Michigan formally introduced the term "digital twin" in a presentation. And it is from that moment that its development has been gradually expanding, hand in hand with the advancement of other technologies such as Big Data, the Internet of Things (IoT), Cloud Computing, and others.
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