¿Qué son los gemelos digitales?

Seguro que en los últimos tiempos has oído hablar de un término muy curioso: los gemelos digitales o «digital twins», a priori nos podemos hacer una idea de qué se trata pero ¿qué son y qué no son realmente los gemelos digitales y para qué sirven?

Los gemelos digitales son una tecnología emergente basada en la inteligencia artificial y blockchain que permite a las empresas crear una copia digital exacta de un activo o proceso físico. Se trata de una herramienta valiosa para la mejora de la eficiencia, la toma de decisiones y la seguridad en la cadena de suministro.

Un gemelo digital es un sistema informático que se programa para que reciba las mismas entradas que experimenta el objeto o proceso físico del que es gemelo, de manera que sea capaz de proporcionar las mismas salidas. Cuando hablamos de entradas en realidad estamos hablando de datos, ya que el modelo digital replica elementos del mundo real y los representa a modo de datos.

Digamos que los gemelos digitales son los hermanos mayores, más precisos, complejos y potentes, que los conocidos simuladores. Es un concepto mucho más amplio que los simuladores ya que son modelos que se acercan muchísimo más a la realidad y, por tanto, pueden proporcionar información y escenarios mucho más fidedignos.

Es ampliamente reconocido que el concepto de los gemelos digitales ya fue anticipado por David Gelernter en su libro de 1991 Mundos espejo, aunque fue la NASA la que lo empezó a usar ampliamente en torno al 2010 aplicado a sus sistemas de simulación.

El gemelo digital es un concepto mucho más amplio que los simuladores ya que son modelos que se acercan muchísimo más a la realidad y, por tanto, pueden proporcionar información y escenarios mucho más fidedignos.

A partir de un digital twin es posible crear simulaciones mediante la actualización constante de los datos obtenidos en el modelo real o físico. De este modo, las empresas consiguen evaluar íntegramente todo el proceso y el desarrollo del producto o proceso de forma automatizada La representación de estos modelos puede ser en 3D o en realidad aumentada.

Dependiendo del momento del producto o proceso podemos hablar de Prototipo de gemelo digital (DTP), que nos permite crear un prototipo digital de un producto físico que aún no ha sido desarrollado para ver cómo sería y saber cómo se comportaría de manera previa a su producción. Este uso es muy interesante para hacer pruebas y realizar mejoras antes del lanzamiento del producto o proceso. También encontramos la llamada Instancia gemela digital (DTI), se trata de crear un gemelo digital de un producto real de manera que nos permita realizar pruebas del producto en diversos escenarios virtuales similares a los de la realidad, para evaluar el estado actual y planificar futuras actualizaciones o mejoras.

Ya nos encontramos también con ciudades que están siendo replicadas en el mundo digital. Por ejemplo Shanghái y Singapur tienen ya sus gemelas digitales, creadas para ayudar a mejorar el diseño y funcionamiento de edificios, sistemas de transporte y calles. En Singapur, por ejemplo, uno de los múltiples usos de su ciudad gemela digital es ayudar en la búsqueda de nuevas formas para que las personas pueda trasladarse por la ciudad evitando áreas de contaminación. 

Gemelos digitales en las distintas industrias

Un ejemplo de uso de los gemelos digitales es en la industria aeronáutica. Los fabricantes de aeronaves pueden crear un gemelo digital de un avión, que incluye información detallada sobre su diseño, configuración y estado de mantenimiento. Esto permite a los fabricantes monitorear el estado de los aviones en tiempo real, detectar problemas potenciales antes de que ocurran y planificar mejor el mantenimiento preventivo.

Por ejemplo, GE Aviation, una división de General Electric, ha desarrollado un gemelo digital de su motor CFM LEAP para la simulación y el análisis de rendimiento. El gemelo digital se utiliza para simular y probar diferentes escenarios de operación antes de que el motor sea construido en la vida real. Esto ayuda a reducir los costos y los tiempos de desarrollo, y a mejorar el rendimiento del motor.

En la Universidad Politécnica de Valencia (UPV), por irnos a un ejemplo español en este área, ya existe un gemelo digital que se usa para mantenimiento y reparación del metro de Valencia.

Otro ejemplo es en la industria alimentaria. Los productores de alimentos pueden crear gemelos digitales de sus productos, que incluyen información sobre su origen, calidad y seguridad. Esto permite a los productores garantizar la trazabilidad de sus productos, lo que ayuda a prevenir la contaminación alimentaria y mejorar la seguridad alimentaria.

Los gemelos digitales también tienen aplicaciones en el ámbito de las infraestructuras críticas. Los operadores de infraestructuras críticas pueden crear gemelos digitales de sus instalaciones, que incluyen información sobre su diseño, configuración y estado de mantenimiento. Esto permite a los operadores monitorear el estado de sus instalaciones en tiempo real, detectar problemas potenciales antes de que ocurran y planificar mejor el mantenimiento preventivo.

Siemens ha desarrollado un gemelo digital de una planta de energía eólica. El gemelo digital se utiliza para simular el rendimiento de la planta en diferentes condiciones meteorológicas y ambientales. Esto ayuda a los ingenieros a identificar problemas potenciales y a optimizar la operación de la planta antes de que esté construida en la vida real. Además, el gemelo digital permite a los ingenieros planificar cómo será el mantenimiento preventivo de la planta.

El Digital Twin Aggregate (DTA) es un agregado de varias instancias gemelas digitales o DTIs qu epermite determinar capacidades de un producto, obtener pronósticos y probar parámetros operativos uniendo varios gemelos digitales. Un ejemplo de uso de DTA es en la industria automotriz. Un fabricante pueden crear un DTA que combina los gemelos digitales de diferentes componentes de un vehículo, como el motor, la transmisión, el sistema de frenos, entre otros. Esto permite a los fabricantes monitorear el estado de los vehículos en tiempo real, detectar problemas potenciales antes de que ocurran y planificar mejor el mantenimiento preventivo.

Gemelos digitales para la formación y capacitación

Otro uso interesantísimo de los gemelos digitales es el enfocado a la formación, entrenamiento o capacitación, entorno en el cual este concepto puede proporcionar varias ventajas:

1. Mejora de la eficacia del entrenamiento: los gemelos digitales pueden simular situaciones y escenarios realistas, lo que permite a los estudiantes practicar y mejorar sus habilidades en un entorno seguro antes de aplicarlas en situaciones reales.
2. Reducción de costes: los gemelos digitales pueden reemplazar la necesidad de utilizar maquinaria y equipos costosos para la formación, lo que puede también reducir significativamente los costes de capacitación.
3. Accesibilidad: los gemelos digitales pueden ser accedidos on-line, a través de Internet, lo que permite la formación a distancia o e-learning con la flexibilidad en el horario y el alcance mucho mayor que esto permite.
4. Personalización: los gemelos digitales pueden ser adaptados a las necesidades individuales de cada estudiante, permitiendo un enfoque más personalizado en el aprendizaje.
5. Evaluación: los digital twins pueden proporcionar una evaluación continua y detallada del progreso del estudiante, lo que ayuda a identificar las áreas en las que se requiere mejorar.
6. Seguridad: los gemelos digitales permiten simular situaciones de riesgo, sin poner en peligro a las personas, lo que ayuda a mejorar la seguridad en el lugar de trabajo.

Un ejemplo interesante lo tenemos en el ámbito sanitario donde ya se están usando gemelos digitales para la simulación y el entrenamiento en cirugía. En este caso los cirujanos pueden utilizar gemelos digitales de pacientes específicos para practicar procedimientos quirúrgicos antes de operar en pacientes reales con enfermedades cardíacas. Esto permite a los cirujanos mejorar sus habilidades y aumentar la precisión en el momento de realizar una intervención, lo cual reduce el riesgo de complicaciones y mejora los resultados del paciente.

Claramente, los gemelos digitales enfocados en la formación, entrenamiento o capacitación pueden proporcionar una formación más eficaz, accesible y personalizada, además de proporcionar una evaluación continua del progreso y mejorar la seguridad en el lugar de trabajo.

Los gemelos digitales o digital twins son una tecnología emergente con un enorme potencial que se nutre de los datos para mejorar la eficiencia, la toma de decisiones y la seguridad en la cadena de suministro. A medida que la tecnología se desarrolla es probable que veamos una mayor adopción de este concepto en las diferentes industrias y sectores.

¿Se te ocurren más ideas de dónde se podría implementar el uso de los gemelos digitales? A mí desde luego me parece que tendrá aplicaciones fascinantes.