Vad är digitala tvillingar? När Black Mirror blir verklighet

Var du rädd när du tittade på Black Mirror? Har du tänkt på framtiden med oro? Vi har ett budskap till dig – det finns en teknik som borde få dig att tänka. Den orealistiska världen av Black Mirror blir en verklighet. Låt oss prata om digitala tvillingar.

Digitala tvillingar – innehållsförteckning:

1. Vad är en digital tvilling?
2. Vilka är de huvudsakliga typerna av digitala tvillingar?
3. Vad är skillnaden mellan digitala tvillingar och simulering?
4. Huvudområden för tillämpning av digitala tvillingar
5. Fördelar med digitala tvillingar för industrin
6. Framtida tillämpningar av digitala tvillingar
7. Hot och bekymmer

Vad är en digital tvilling?

En digital tvilling är en modell i virtuell verklighet som är utformad för att återspegla ett annat fysiskt objekt som finns i den verkliga världen. Den digitala tvillingen är en exakt kopia av ett objekt, inte bara en bild eller ett schema, eller inte ens en simulering av objektet, utan en kopia som återspeglar alla egenskaper hos objektet. Kopian eller det digitala konceptet som innehåller information om det verkliga objektet kan skapas och existera som objektet på egen hand och vara permanent kopplad till sin fysiska modell.

Allt detta innebär att konceptet digitala tvillingar innehåller tre huvudsakliga element: verkligt utrymme med det verkliga objektet, virtuellt utrymme med virtuella objekt, och kopplingen mellan dem som möjliggör ett konstant flöde av information mellan virtuellt utrymme och verkligt utrymme.

Idén att använda teknologin för digitala tvillingar introducerades först 1991 i publikationen med titeln Mirror Worlds: or the Day Software Puts the Universe in a Shoebox av Yale-datorexperten David Gelernter. I publikationen hävdar Gelernter att exakta representationer av världen som är tillgängliga genom datorns skärm kommer att vara tillgängliga för alla inom en snar framtid. I sin vision kommer människor att kunna interagera med bilder på samma sätt som de interagerar med den verklighet de upplever varje dag. Gelernter förutspår att datorer kommer att användas på ett annat sätt och förklarar hur det är möjligt att bygga en kopia av världen med dagens teknologier.

Konceptet digitala tvillingar utvecklades också av professor Michael Grieves, som krediteras med den första tillämpningen av idén inom tillverkning. Han presenterade konceptet 2002 vid ett evenemang som var ägnat åt produktlivscykelhantering. Inledningsvis kallades konceptet för den speglade rymdmodellen. Hans artiklar och publikationer hyllar perfektionen och användbarheten hos digitala produkter som inte bara är oigenkännliga från sina verkliga modeller utan också utmärkta för test- och simuleringsändamål.

Men teknologin för digitala tvillingar är inte så ny som den verkar. NASA har använt digital tvillingteknologi redan på 1960-talet under sina rymdforskningsuppdrag när rymdfarkoster replikerades på jorden och användes för testning och forskning. Själva termen “digitala tvillingar”, som vi förstår den idag, användes av NASAs specialist John Vickers 2010.

Vilka är de huvudsakliga typerna av digitala tvillingar?

Det finns flera typer av digitala tvillingar, men den huvudsakliga skillnaden ligger i området eller djupet av tillämpning, därför kan vi prata om: del-tvillingar, tillgångs-tvillingar, system-tvillingar eller process-tvillingar. Del-tvillingar är mycket grundläggande, små tvillingar av fungerande komponenter. Tillgångs-tvillingar används för så kallade tillgångar som består av två separata komponenter som arbetar tillsammans. Tillgångs-tvillingar möjliggör observation och mätning av de två komponenterna i aktion.

System-tvillingar är på nästa nivå av komplexitet. Dessa tvillingar replikerar hela fungerande system och möjliggör studier av större fysiska objekt. Process-tvillingar återspeglar arbetet hos stora system som fabriker eller andra stora strukturer. Process-tvillingar hjälper till att observera komplicerade interaktioner och möjliggör synkronisering av element för att uppnå den högsta möjliga driftseffektiviteten.

Vad är skillnaden mellan digitala tvillingar och simulering?

Begreppen simuleringar och digitala tvillingar används ibland i referens till samma digitala objekt, men de är olika saker och de underliggande koncepten är olika. Simulering skapas vanligtvis på en plattform som CAD-programvara eller liknande och den behöver inte ha någon relation till något verkligt fysiskt objekt.

En digital tvilling, å sin sida, måste skapas i samband med det verkliga fysiska objektet. Hela processen för skapandet av digitala tvillingar baseras på verkliga data relaterade till objektet. Den digitala kopian är kopplad till det verkliga objektet genom IoT-sensorer och får realtidsdata, vilket innebär att data ständigt uppdateras. Flödet av information mellan den digitala tvillingen och objektet är tvåvägs. Resultaten av processer som sker i digitala tvillingar kan användas tillbaka med det verkliga, ursprungliga objektet.

Huvudområden för tillämpning av digitala tvillingar

Skapandet av digitala tvillingar är fortfarande mycket kostsamt och arbetskrävande och för närvarande är användningen av digitala tvillingar begränsad till vissa områden. De används i stor utsträckning inom områden som:

• Stadsplanering

Digitala tvillingar av städer kan visa realistiska rumsliga data i 3D- och 4D-system. Tillämpningen av tvillingar möjliggör en mer konsekvent stadsplanering av miljön. För närvarande beslutar fler och fler städer att följa Shanghai och Singapore och skapa sina tvillingar. All data är tillgänglig i realtid vilket förbättrar alla operationer relaterade till design av gator, byggnader och transportsystem. De flesta av de nya städer som byggs nyligen i Mellanöstern har sina digitala tvillingar skapade samtidigt.

• Bilindustri

Den andra mycket viktiga tillämpningen av digitala tvillingar finns inom bilindustrin. Bilar har en komplicerad struktur som involverar många system som måste fungera tillsammans utan risk för fel. Digitala tvillingar hjälper till att öka prestanda och effektivitet hos fordon. I fallet med bilar som körs med hjälp av AI möjliggör digitala tvillingar en tidig kontroll av giltigheten av prognoser.

• Vårdsektorn

Initialt var alla digitala tvillingar som användes inom vårdsektorn kopior av produkter och utrustning. För närvarande tillämpas konceptet digital tvilling inom vården på patienter som behöver diagnostiseras och övervakas. Helt personligt anpassade modeller av patienter byggs. Dessa kopior möjliggör lagring och spårning av livsstilsparametrar. Digitala tvillingar av hela befolkningen kommer att möjliggöra större mönstersökning.

• Tillverkningsindustri

Digitala tvillingar visar objektets funktion genom hela dess livscykel. Den allra första tillämpningen av digital tvillingteknologi var inom tillverkning. Alla komplicerade produkter kan produceras med hjälp av digitala tvillingar och dessa kan användas i varje steg av produktionen.

• Kraftverk

Digitala tvillingar hjälper till att ställa in schemat för sådana stora, komplexa enheter som kraftverk. Alla typer av stora motorer och turbiner måste underhållas regelbundet och deras drift beror starkt på cykliska processer som måste hanteras ordnat för att hålla dem i drift. Digitala tvillingar verkar vara oumbärliga här.

Fördelar med digitala tvillingar för industrin

• Riskreducering

Hälsan och säkerheten för anställda samt för miljön kan skyddas genom användning av digitala tvillingar. Affärsmål kan upprätthållas genom att minska olyckor under produktionsprocessen. Med digital tvillingteknologi är det mycket lättare att undvika kostsamma driftstopp.

• Produktkvalitet

Med den bättre insikt som tillhandahålls av simuleringar som körs genom digital tvillingteknologi kan företag förbättra kvaliteten på sina produkter och anpassa dem i realtid, när behovet uppstår.

• Underhållskostnaden är lägre

Digitala tvillingar ger företaget förutsägelser relaterade till hela produktionsprocessen. Detta gör att de kan schemalägga reparationer eller byten av delar innan något går sönder.

Framtida tillämpningar av digitala tvillingar

Det finns inga gränser för framtida tillämpningar av digitala tvillingar. För närvarande lär sig digitala tvillingar fortfarande sina nya färdigheter, men mängden pengar som investeras och mängden kognitiv kraft ökar varje år exponentiellt. Numera växer marknaden för digitala tvillingar främst inom flera ledande sektorer som tillverkning, bilindustri, flyg, energi, vård och logistik, men det förutses att dess framtida utveckling kommer att täcka alla möjliga områden av mänsklig aktivitet.

• Smart städer

Den huvudsakliga anledningen till att forskare vill skapa digitala tvillingar för städer och samhällen är koldioxidutsläppet som genereras av stora urbana strukturer. Det har uppskattats att städer producerar cirka 70 % av koldioxiden och konsumerar mer än två tredjedelar av världens energi. Det förväntas att många städer som Miami, New York, San Diego och Jakarta, tillsammans med betydande områden i Kina och Indien, kommer att vara under vatten år 2050.

Mer hållbar planering av stadsutveckling och bättre kontroll över tid och resurser som används av byggindustrin (som för närvarande är mycket ineffektiv) kan hjälpa till att minska energiförlust och koldioxidutsläpp till atmosfären. Digitala tvillingar av städer är lösningen på problemet – de kan hjälpa till att optimera alla processer av urbanisering såsom design, planering, konstruktion och daglig förvaltning. Digitala tvillingar kan minska energiförlusten från dåligt isolerade, gamla byggnader, samt sänka utsläppen från ineffektiv trafikflöde.

För närvarande pågår många urbana stadsprojekt över hela världen. Dessa städer har ännu inte sina digitala tvillingar, men det är på väg att komma om regeringar och lokala myndigheter förväntar sig att upprätthålla dem felfritt. Skalan på projektet är enorm – de flesta av de stora städerna siktar på att bli smarta förr eller senare. Indiens ministerium för bostäder och stadsfrågor har valt ut 100 städer för att bli smarta till 2023. Staterna och regeringen är de största investerarna och initiativtagarna till projektet för indiska smarta städer. Alla smarta indiska städer förväntas möjliggöra deltagande av smarta människor genom användning av ICT (mobilbaserade verktyg).

Kina har ett högre antal smarta stadsprojekt i drift – nästan 500. Det finns 100 ledande städer, med de mest kända på listan som Beijing, Shanghai, Shenzhen, Hangzhou, Chengdu och Wuhan. De flesta av dem är fortfarande under konstruktion, men det förväntas att Kina kommer att vara det första landet på jorden som blir helt smart i framtiden.

Några av de största smarta städerna ligger i USA, och dessa är New York, Los Angeles, San Francisco, Phoenix, Salt Lake City, Denver, Miami och Minneapolis. London och Dubai blir också smarta, liksom Paris, Jakarta, Melbourne, Barcelona och Taipei. Som vi ser strävar de flesta av de största städerna efter att bli smarta inom en snar framtid, och alla kommer så småningom att ha sina digitala tvillingar.

• Jorden och jordbruket

För ytterligare kontroll över koldioxidutsläppet utvecklas en tvilling av Jorden. Det anges att den digitala tvillingen ska hjälpa till att förutsäga förändringar i klimatet och förutsäga resultaten av sådana förändringar. Projektet startade i mitten av 2021 och det förväntas att det kommer att pågå i minst tio år. I slutändan kommer en fullständig, mycket exakt digital modell av Jorden att utformas. Kopian av Jorden syftar till att representera alla processer som sker på jordens yta. Mat, vatten och energi kommer också att övervakas genom denna tvilling.

Vissa lösningar relaterade till digitala tvillingar används redan inom jordbruket för att öka produktionen av grödor som majs, vete och soja. Sensorerna övervakar vädret och jordens kvalitet. Naturliga händelser som tornados, översvämningar och torka utgör en risk för livsmedelssäkerheten, och exakta förutsägelser som tillhandahålls av digital tvillingteknologi kan vara lösningen för jordbruket.

• Mänskliga digitala tvillingar

En digital värld av smarta digitala städer kan behöva digitala mänskliga invånare för att blomstra. Människor kan ha sina digitala tvillingar och teknologin tillåter redan skapandet av sådana enheter. Digitala tvillingar av människor som kommer att leda digitala liv förväntas bli i bruk innan decenniets slut, vilket är ganska snart. Dessa digitala tvillingar förväntas tänka och lära sig från verkliga modeller – människor.

Hot och bekymmer

Digitala tvillingar av människor kan vara användbara för arbetsgivare, företag och företag, men skulle det vara lika fördelaktigt för enskilda människor? Det kan visa sig vara mycket oetiskt och skadligt för mänskliga interaktioner. Mänskliga digitala tvillingar som kommer att lära sig den nödvändiga färdigheten kan ersätta människor och göra dem överflödiga. Arbetsgivare kan besluta att anställa en digital människa istället för en verklig person, vilket är fullt förståeligt med tanke på levnadskostnaderna för båda varelserna.

Slutet på frihet och fri vilja. Bland lovorden över funktionerna hos städernas digitala tvillingar finns de som kanske inte är så fördelaktiga för människor alls. Det sägs att regeringar, eller andra styrande enheter, kan komma att kontrollera alla viktiga aspekter av livet i det urbana rummet. Den digitala tvillingen kommer att kunna kontrollera trafikflödet – vilket innebär att man kanske inte kan resa dit man önskar och kontrollera temperaturen i rum och vatten som används i medborgarnas lägenheter – vilket innebär att man kanske inte kan ta långa duschar längre.

Mängden makt och kontroll som teknologin för digitala tvillingar ger okända, oförutsägbara myndigheter som kommer att styra våra städer är överdriven och farlig – det kommer att finnas en miljon sätt att straffa olydiga individer, bara genom att manipulera den omedelbara miljön kring personen (brist på tillgång till tjänster, begränsad mängd resurser, begränsad möjlighet att resa).

     

Verkliga människor kan tvingas att leva i små, trånga utrymmen, utan tillgång till natur eller andra levande varelser. När detaljhandelsföretag planerar att gå in i virtuell verklighet, kommer shopping att genomföras genom virtuella medier också. Det verkar som om några av de största designerna av digitala tvillingteknologin har glömt att shopping inte bara handlar om att skaffa varor utan har mer att göra med: socialisering, underhållning och avkoppling för sinnet.

För närvarande finns det levande exempel på smarta städer som kan analyseras i relation till etiska och frihetsfrågor. Beijing hyllas för sitt betalningssystem som möjliggör kontantlös existens över hela staden – skulle alla medborgare i världen tvingas att ha en smart enhet? Guangzhou har ersatt ID-kort med smartphones – systemet är fullt operativt, men ger en större kontroll över de enskilda medborgarna än vad som någonsin varit möjligt. Människor som kritiserar regeringen har inte längre en chans att gömma sig i Guangzhou.

Den mest avgörande frågan om digitala tvillingar av det verkliga rummet (städer, Jorden, objekt) och digitala tvillingar av människor handlar om kopplingen mellan människan och hans kopia som krävs för hela processen – skulle det vara en smartphone eller annan enhet. Förändringen till digital verklighet verkar vara nödvändig för vissa områden av mänskligt liv, men teknologin för digitala tvillingar är mycket energikrävande. Bör vi inte fråga oss själva om alla tillämpningar av teknologin för digitala tvillingar verkligen är nödvändiga i alla aspekter av vårt liv och vem exakt som önskar att dra nytta av att ha mänskliga prototyper leva med tänkande tvillingar i en orealistisk, onaturlig och helt kontrollerbar värld?

Om du gillar vårt innehåll, gå med i vår aktiva gemenskap av busy bees på Facebook, Twitter, LinkedIn, Instagram, YouTube, Pinterest.