Ψηφιακά δίδυμα στην πράξη: από αεροσκάφη και εργοστάσια έως πόλεις και ολόκληρο τον πλανήτη

Τι μετράει ως ψηφιακό δίδυμο

Στον απλό οδηγό μας για τα ψηφιακά δίδυμα χρησιμοποιούμε τρία κριτήρια: το μοντέλο καθρεφτίζει ένα συγκεκριμένο πραγματικό σύστημα, μένει συνδεδεμένο με νέα δεδομένα και μπορεί να «τρέξει» προς τα εμπρός για να εξετάσουμε το «τι θα γινόταν αν;». Τα παραδείγματα που ακολουθούν πληρούν αυτά τα κριτήρια σε διαφορετικό βαθμό και σε πολύ διαφορετικές κλίμακες. Και τα πέντε είναι δημόσια και περιγράφονται από τους φορείς που τα υλοποιούν.

1. Αεροσκάφη: ένας πρώιμος ορισμός

Ένας πρώιμος και ακριβής ορισμός προέρχεται από την αεροδιαστημική. Σε ένα άρθρο συνεδρίου του 2012, ο Edward Glaessgen της NASA και ο D. S. Stargel του Γραφείου Επιστημονικής Έρευνας της Πολεμικής Αεροπορίας των ΗΠΑ υποστήριξαν ότι οι παραδοσιακές μέθοδοι πιστοποίησης και διαχείρισης στόλου θα δυσκολεύονταν με μελλοντικά οχήματα που πρέπει να είναι ελαφρύτερα, να αντέχουν μεγαλύτερα φορτία και να διαρκούν περισσότερο. Η απάντησή τους ήταν ένα «ψηφιακό δίδυμο»: μια προσομοίωση εξαιρετικά υψηλής πιστότητας, συνδεδεμένη με το σύστημα παρακολούθησης της κατάστασης του οχήματος, το ιστορικό συντήρησής του και τα δεδομένα του στόλου, ώστε το μοντέλο να ακολουθεί τη ζωή ενός συγκεκριμένου αεροσκάφους.

Η βασική ιδέα είναι ένα δίδυμο για κάθε πραγματικό αντικείμενο, που ενημερώνεται με το δικό του ιστορικό.

2. Ένα εργοστάσιο που χτίστηκε πρώτα ψηφιακά

Η βιομηχανία έχει υιοθετήσει τα δίδυμα για τον σχεδιασμό. Σύμφωνα με δελτίο Τύπου του BMW Group τον Μάρτιο του 2023, το νέο εργοστάσιο στο Ντέμπρετσεν της Ουγγαρίας ήταν το πρώτο της εταιρείας που σχεδιάστηκε και επικυρώθηκε εξ ολοκλήρου σε εικονικό περιβάλλον, με την εικονική παραγωγή να λειτουργεί περισσότερο από δύο χρόνια πριν από την έναρξη της μαζικής παραγωγής. Οι διατάξεις παραγωγής, η θέση των ρομπότ και η εφοδιαστική δοκιμάστηκαν σε φωτορεαλιστικές προσομοιώσεις στην πλατφόρμα Omniverse της NVIDIA. Για να τροφοδοτήσει τα δίδυμα των εργοστασίων της, η BMW αναφέρει ότι από τον Νοέμβριο του 2020 έχει σαρώσει περίπου επτά εκατομμύρια τετραγωνικά μέτρα εσωτερικών χώρων παραγωγής και 15 εκατομμύρια τετραγωνικά μέτρα εξωτερικών χώρων.

Εδώ μια εταιρεία περιγράφει το δικό της έργο, οπότε τα οφέλη που επικαλείται πρέπει να διαβάζονται με αυτό κατά νου. Η μέθοδος όμως είναι διδακτική: αλλάζουμε πράγματα στο μοντέλο, όπου τα λάθη κοστίζουν λίγο, πριν τα αλλάξουμε σε μπετόν και ατσάλι.

3. Μια ολόκληρη χώρα σε 3D: Virtual Singapore

Το Virtual Singapore είναι ένα γνωστό δίδυμο σε κλίμακα πόλης. Όπως το περιέγραψε η Υπηρεσία Κυβερνητικής Τεχνολογίας της Σιγκαπούρης (GovTech) το 2017, το έργο το συντονίζει το Εθνικό Ίδρυμα Ερευνών (National Research Foundation) σε συνεργασία με την Dassault Systèmes, με τοπογραφικά δεδομένα από την Αρχή Γης της Σιγκαπούρης (Singapore Land Authority) και τεχνογνωσία πληροφορικής από τη GovTech.

Αυτό που το κάνει κάτι παραπάνω από έναν τρισδιάστατο χάρτη είναι η σημασιολογία: το μοντέλο «ξέρει» ότι ένα αντικείμενο είναι κτίριο και ποιες επιφάνειες είναι στέγες, τοίχοι και παράθυρα. Έτσι γίνονται αναλύσεις όπως η εκτίμηση του ηλιακού δυναμικού ή των επιπτώσεων μιας πλημμύρας. Η GovTech περιέγραφε επίσης την τροφοδοσία του με δεδομένα αισθητήρων, όπως η ποιότητα του αέρα, η θερμοκρασία και ο θόρυβος, και τη χρήση του για να δοκιμάζονται έργα, όπως ένας νέος αυτοκινητόδρομος, πριν κατασκευαστούν. Το άρθρο έθετε ως στόχο τη χρήση από τις δημόσιες υπηρεσίες έως το 2018· για την τρέχουσα κατάσταση, ελέγξτε τις επίσημες ιστοσελίδες.

4. Ένα ανοιχτό δίδυμο πόλης: Helsinki 3D

Το Ελσίνκι δείχνει πώς μοιάζει ένα δίδυμο πόλης όταν τα δεδομένα είναι ανοιχτά. Σύμφωνα με τον Δήμο του Ελσίνκι, το Helsinki 3D έχει δύο σκέλη:

• Ένα μοντέλο πληροφοριών πόλης με κτίρια και έδαφος στο πρότυπο CityGML, με απλή γεωμετρία ή γεωμετρία με σχήμα στέγης και αναγνωριστικά που συνδέουν κάθε κτίριο με άλλα σύνολα δεδομένων. Ενημερώνεται συνεχώς.
• Ένα ρεαλιστικό πλέγμα (reality mesh) από αεροφωτογραφίες, που κατά τον δήμο έχει ακρίβεια περίπου 20 εκατοστών.

Και τα δύο διατίθενται ως ανοιχτά δεδομένα με άδεια CC BY 4.0. Ο Άτλαντας Ενέργειας και Κλίματος της πόλης χρησιμοποιεί το μοντέλο για να εκτιμά το ηλιακό δυναμικό σε στέγες και τοίχους και να προσομοιώνει τις ανάγκες θέρμανσης. Το Ελσίνκι φτιάχνει τρισδιάστατα μοντέλα κτιρίων από τη δεκαετία του 1980 και υλοποίησε το έργο Kalasatama Digital Twins το 2018–2019.

5. Ένα δίδυμο του πλανήτη: Destination Earth

Στη μεγαλύτερη κλίμακα βρίσκεται το Destination Earth (DestinE) της Ευρωπαϊκής Επιτροπής. Σύμφωνα με τη σελίδα της Επιτροπής, το ECMWF φτιάχνει τα ψηφιακά δίδυμα, ο ESA λειτουργεί την πλατφόρμα και ο EUMETSAT τη «λίμνη δεδομένων». Τα δύο πρώτα δίδυμα αφορούν τα ακραία καιρικά φαινόμενα και την προσαρμογή στην κλιματική αλλαγή. Το σύστημα παρουσιάστηκε στις 10 Ιουνίου 2024, μετά από μια πρώτη φάση που ξεκίνησε τον Ιανουάριο του 2022, και ο δηλωμένος στόχος είναι ένα «πλήρες» ψηφιακό δίδυμο του συστήματος της Γης έως το 2030. Η πρώτη έκδοση χρηματοδοτήθηκε από το πρόγραμμα «Ψηφιακή Ευρώπη».

Τα πέντε δίπλα-δίπλα

Τι μπορεί να κρατήσει η Ελλάδα

Ξεχωρίζουν τρία διδάγματα. Ξεκινάμε από ένα συγκεκριμένο ερώτημα (τη ζωή ενός αεροσκάφους, τη διάταξη ενός εργοστασίου, την ηλιακή απόδοση μιας στέγης). Φτιάχνουμε σημασιολογικό μοντέλο δεδομένων και, όπου γίνεται, ανοιχτό, όπως στο Ελσίνκι. Και συνδέουμε τα τοπικά δίδυμα με τη μεγάλη ευρωπαϊκή υποδομή αντί να την ξαναφτιάχνουμε. Η Kassandra Labs βρίσκεται σε στάδιο ιδέας και δεν έχει δικά της έργα να παρουσιάσει εδώ. Ο στόχος είναι δίδυμα χτισμένα γύρω από τα ερωτήματα ελληνικών δήμων και ερευνητών, πάνω σε ανοιχτά ευρωπαϊκά δεδομένα.

Σχετικά