Imagínese esto: se ha descubierto que un paciente tiene una enfermedad genética rara. Ahora, en lugar de hacer conjeturas informadas o confiar únicamente en estudios de casos anteriores, los médicos crean una réplica virtual de este paciente, simulando su fisiología hasta el nivel celular. Esta “replicación” permite a los médicos experimentar con diferentes planes de tratamiento, analizar reacciones a los medicamentos y predecir resultados, todo sin siquiera tocar al paciente real. Puede parecer ciencia ficción, pero es un fenómeno tecnológico muy real. Esta réplica se conoce como gemelo digital.
Los gemelos digitales, que alguna vez fueron un sueño lejano, ahora están a la vanguardia transformación digital. Con un gasto global de 65 mil millones de dólares en 2023 y una tasa de crecimiento compuesto proyectada del 35% al 65% entre 2023 y 2030, los gemelos digitales están emergiendo como una tecnología futura líder con un impacto significativo (1) . Pero ¿qué es exactamente un gemelo digital? ¿Qué distingue a la antigua simulación? Finalmente, ¿cuáles son las aplicaciones de esto en la vida real? tecnología?
Un gemelo digital es una réplica virtual de un objeto, sistema o proceso físico. En pocas palabras, se convierte en un espejo de la entidad real en tiempo real utilizando datos recopilados de diversas fuentes, como sensores, dispositivos y otros flujos de datos. Además, lo que lo hace único es que también puede actualizarse en tiempo real, adaptándose al incesante flujo de información procedente de su homólogo físico. Por tanto, un gemelo digital es muy preciso y eficiente, reflejando en tiempo real los cambios, el rendimiento y las condiciones que ocurren en la contraparte física. Por ejemplo, permite a las empresas, ingenieros e investigadores analizar el activo o proceso físico, predecir el comportamiento futuro y optimizar el rendimiento sin interferir directamente con la entidad física real.
A gemelo digital iestá construido sobre la base de múltiples tecnologías avanzadas:
- Sensores/fuentes de Internet de las cosas (IoT) para capturar datos en tiempo real del entorno físico
- Inteligencia artificial para procesar, aprender y hacer predicciones basadas en esos datos
- Algoritmos de Machine Learning (ML) para realizar predicciones y ajustes en función de la información recopilada
- Computación en la nube para un amplio almacenamiento de datos y procesamiento en tiempo real
- Realidad virtual para construir un entorno virtual
Esta combinación de tecnologías da como resultado un modelo vivo del objeto físico en constante evolución, que puede manipularse, observarse y optimizarse para lograr resultados específicos.
Para apreciar plenamente un gemelo digital, es esencial distinguirlo de una simulación tradicional, de la cual la misión Apolo 13 de la NASA es un ejemplo de libro de texto. Aquí, la NASA utilizó simuladores para replicar los sistemas de la nave espacial y guiar a los astronautas de manera segura a la Tierra. Sin embargo, estos simuladores tenían un alcance limitado. Se basaban en condiciones predefinidas y no interactuaban con la nave espacial real ni reflejaban datos en tiempo real.
En contraste, los gemelos digitales actuales, como los utilizados por la cápsula Dragon de SpaceX que recientemente llegó a la Estación Espacial Internacional para rescatar a los astronautas Sunita Williams y Butch Wilmore que han estado varados allí durante los últimos meses, funcionan de manera diferente. No se basan en condiciones estáticas. En cambio, funcionan basándose en datos en tiempo real de sensores a bordo de la nave espacial, reflejando el estado en tiempo real de cada sistema.
Como resultado, esto permite a los ingenieros simular varios escenarios considerando factores dinámicos como el consumo de combustible, el desgaste del equipo y los cambios ambientales externos. En definitiva, una simulación recrea un posible escenario en un entorno controlado, mientras que una gemelo digital crea un espejo vivo y en evolución del objeto real. Funciona como un entorno virtual, que refleja el dinamismo que implica un sistema vivo –ya sea biológico, tecnológico o geográfico–.
Para comprender a los gemelos digitales de manera orgánica, es importante observar algunos ejemplos de la vida real. Aquí hay tres.
1. Sangam: la iniciativa del gemelo digital de la India
La iniciativa Sangam: Digital Twin, lanzada por el Departamento de Telecomunicaciones de la India (DoT), tiene como objetivo revolucionar la planificación de infraestructuras a través de la tecnología de gemelos digitales (2). Esta innovadora iniciativa invita a contribuir a los líderes de la industria, las nuevas empresas, las mipymes, el mundo académico y los innovadores. Este proceso aprovecha tecnologías de vanguardia como 5G, AI, IoT y AR/VR, apuntando a un enfoque a nivel nacional. La idea central es crear réplicas virtuales de diversas infraestructuras que permitan monitoreo, simulaciones y análisis en tiempo real para optimizar el rendimiento y adaptarse a cambios, como las telecomunicaciones. El proyecto se desarrolla en dos fases:
- La fase exploratoria se centra en desarrollar el potencial creativo y explorar posibilidades.
- La demostración práctica implica implementar casos de uso y crear una hoja de ruta para la escalabilidad futura.
2. NeuroTwin: avances en la ciencia del cerebro
El proyecto NeuroTwin ofrece una mirada fascinante a cómo se pueden utilizar los gemelos digitales en la atención sanitaria. Se centra en desarrollar un gemelo digital del cerebro humano para ayudar a los científicos a comprender y tratar trastornos neurológicos como la epilepsia y el Alzheimer. El objetivo es crear un modelo de cerebro híbrido que combine electromagnetismo y fisiología (3). Así es como funcionará:
- Un marco computacional simulará las interacciones entre el cerebro y el campo eléctrico utilizando datos de neuroimagen.
- El modelo mapeará la actividad cerebral individual e identificará estrategias para restaurar una dinámica saludable
- Los datos de individuos sanos y pacientes con Alzheimer perfeccionarán las predicciones sobre estimulación cerebral
- Los datos multimodales de humanos y roedores mejorarán la precisión de los modelos cerebrales
- Los conocimientos se utilizarán para crear protocolos personalizados de estimulación cerebral.
3. gemelo digital de Shanghai: gestión de megaciudades
El clon virtual de la ciudad de Shanghai, una de las más pobladas de China, es otro ejemplo de gemelo digital. Esto se creó tomando y procesando información de numerosas fuentes, como drones, satélites y sensores. Este gemelo digital refleja la ciudad en su totalidad. Con una superficie total de más de 3.700 kilómetros, este gemelo digital incorporó todos los aspectos de la ciudad, incluidos miles de edificios, vías fluviales, calles y 20 monumentos emblemáticos. Este gemelo digital permite a los funcionarios municipales recopilar datos sobre infraestructura, transporte y servicios públicos utilizando una amplia red de sensores y dispositivos de IoT. Luego, al analizar estos datos, los funcionarios de la ciudad pueden tomar decisiones informadas para mejorar cosas como:
- Gestión del tráfico
- Reducción de la contaminación
- Uso optimizado de la energía
- Planificación del desarrollo urbano
Por ejemplo, los planificadores/administradores urbanos pueden utilizar este gemelo digital para simular el impacto de la construcción de una nueva autopista o la introducción de nuevas rutas de transporte público, todo dentro del gemelo digital.
Otros ejemplos de implementación de tecnología de gemelos digitales incluyen:
- Emirates Team New Zealand prueba diseños de embarcaciones virtuales para optimizar el rendimiento
- Anheuser-Busch InBev optimiza la producción de cerveza y la cadena de suministro en tiempo real
- SoFi Stadium mejora las operaciones del estadio utilizando datos en tiempo real
- Space Force crea modelos virtuales de objetos espaciales y satélites.
- SpaceX monitorea y regula los sistemas de las naves espaciales para garantizar la seguridad y confiabilidad.
Los gemelos digitales se presentan en diferentes formas, según su propósito y la complejidad de los sistemas que replican. Existen principalmente tres tipos de gemelos digitales.
1. Gemelos del producto
Un producto gemelo significa el clon digital de un objeto o producto físico. Al crear un gemelo digital de un producto, los fabricantes pueden monitorear su desempeño, predecir fallas e identificar formas de mejorar su diseño. En industrias como la automoción o la aeroespacial, donde la seguridad y el rendimiento son de vital importancia, el uso de gemelos digitales puede resultar muy beneficioso.
2. Gemelos de proceso
Un proceso gemelo se centra en replicar un proceso empresarial o de fabricación en lugar de un producto físico. Permite a las empresas analizar y optimizar los flujos de trabajo, mejorando la eficiencia y reduciendo costes. Por ejemplo, una fábrica puede utilizar un proceso gemelo para simular su línea de producción, identificar cuellos de botella y probar diferentes formas de optimizar las operaciones.
3. Gemelos del sistema
Un sistema gemelo va un paso más allá al replicar sistemas completos, como la red de transporte de una ciudad o todo el sistema de producción de una fábrica. Estos gemelos son más complejos e involucran componentes más interdependientes. Un sistema gemelo proporciona una visión holística de cómo interactúan las diferentes partes del sistema y permite un análisis y una optimización integrales.
En muchos sentidos, los gemelos digitales están intrínsecamente vinculados al Internet de las cosas (IoT). Para decirlo en detalle, IoT proporciona los datos que impulsan a los gemelos digitales, con millones de dispositivos conectados que recopilan información del mundo físico y la introducen en el gemelo virtual. Sin embargo, un gemelo digital no es simplemente un dispositivo de IoT. Mientras que IoT se centra en conectar dispositivos y recopilar datos, un gemelo digital toma esos datos y crea un modelo dinámico que refleja el estado en tiempo real del objeto o sistema que representa. En esencia, IoT permite que existan gemelos digitales al proporcionar los datos necesarios. Sin embargo, el gemelo digital en sí es una entidad más compleja que incluye la recopilación, el análisis, la predicción y la optimización de datos, lo que requiere tecnologías como la inteligencia artificial, el aprendizaje automático, la realidad virtual, etc.
En conclusión, el alcance de los gemelos digitales es enorme. Desde la tecnología aeroespacial, la medicina personalizada y la patología hasta la planificación urbana y la mejora de la infraestructura, el gemelo digital está emergiendo lentamente como una fuerza transformadora. En la India, la iniciativa Sangam marca claramente un paso en esta dirección.
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Fuentes: