Сучасні технології дозволяють моделювати процеси не лише за допомогою реальних моделей, але й цифрових. Ця ідея лягла в основу концепції цифрових двійників.
На початку травня стало відомо, що адміністрація президента Байдена виділяє понад $280 млн на розроблення технології цифрових двійників, яка має застосуватися до створення напівпровідників. Ці плани свідчать не лише про американські інвестиції у виробництво чипів з метою зменшити залежність США від постачань з Китаю та Азії. Ці задуми доводять перспективи концепції цифрових двійників та серйозні плани щодо її застосування.
Ще рік тому експерти оцінили, що протягом наступних п’ятьох років ринок цифрових двійників (Digital twins) зросте майже до сотні мільярдів доларів. А уже за два роки обсяги цього ринку наблизяться до $50 млрд. Коментуючи розвиток цього напряму, аналітики із GlobalLogic оцінили, що інвестиції, вкладені у цей концепт, можуть зрости на 300%.
Спробуємо зрозуміти, що таке технологія Digital twins, чим вона зацікавила та яку має ефективність використання.
Що таке цифровий двійник
Цифрового двійника можна порівняти із цифровим віртуальним представленням певного об’єкта. До прикладу, у користувачів соціальних мереж є свої цифрові двійники — їхні профілі у Facebook, Instagram чи TikTok, їхні умовні альтер-его на цих платформах. Технологія цифрового двійника передбачає, що таке віртуальне цифрове альтер-его зможе існувати й для фізичних об’єктів.
Завдяки сучасним технологіям моделювання та великій кількості інформації про різні об’єкти можна навчитися прогнозувати поведінку цифрових двійників у заданих умовах та спостерігати, як цифрова модель буде реагувати на певні зміни середовища чи дії щодо неї. Наприклад, створений цифровий двійник будинку допоможе перевірити, яким чином цей будинок відреагує, наприклад, на землетрус заданої сили або, що актуальніше для нашої країни, на падіння уламків дрона. Таке моделювання із використанням цифрових двійників буде дешевшим, аніж створення моделей, нехай навіть меншого розміру за оригінал. А завдяки великій кількості інформації, яка відома і про об’єкт, який моделюється, й про середовище та вплив на нього, робота з цифровими двійниками може бути доволі точною.
Як створюються та працюють цифрові двійники
Цифровий двійник використовує інформацію про об’єкт та середовище, в якому він працює, чи інші об’єкти, з якими він взаємодіє. Це можуть бути раніше зібрані дані та обов’язково поточні відомості, часом отримувані в режимі реального часу.
Додатково для використання цифрового двійника може знадобитися інформація про його майбутню поведінку, отриману, наприклад, від звичайного математичного моделювання. Ці відомості можуть бути результатом роботи алгоритмів машинного навчання.
Завдяки такому поєднанню даних Digital twins допоможуть тестувати машини і системи у цифровому середовищі, але будуть використовувати при цьому реальні дані, тож таке тестування буде максимально наближеним до реальних умов.
Чому цифрові двійники кращі за симуляції
Робота з цифровими двійниками дозволяє отримати більше інформації та точнішої, аніж проста симуляція (створення математичної моделі за допомогою систем проєктування). Цифрові двійники дозволяють перевіряти вплив відразу декількох процесів, тобто, наприклад, сильного вітру і блискавки на будівлю. Це досягається за рахунок того, що цифровий двійник працює у віртуальному середовищі, для якого теж можна моделювати умови, в якому воно існує.
Саме тому для розуміння того, що таке цифрові двійники та в чому їхня особливість, краще сприймати їх як цифрову або інформаційну модель. По-перше, цифровий двійник існує у вигляді цифрової копії, а по-друге, він використовує велику кількість інформації про його власну діяльність та про оточуюче середовище, в якому він існує.
Ця інформаційна модель розвивається в режимі реального часу — навчається, оновлюється та взаємодіє зі своїми фізичними аналогами. Робота з цифровими двійниками часто передбачає використання технологій штучного інтелекту, машинного навчання та Інтернету речей. Саме тому ця концепція стала популярною останнім часом, коли AI та IoT досягли сучасного рівня розвитку.
Де використовують цифрові двійники
Найчастіше цифрові двійники використовуються в ситуаціях, коли потрібно спроектувати фізично великі та складні об’єкти або середовища. Ось декілька галузей, де Digital twins особливо активно застосовуються:
- будівництво та інфраструктура. Завдяки цифровій копії можна створити та перевірити цифрові моделі та їх стійкість у складних умовах;
- енергетичне обладнання. Саме в цій сфері цифрові двійники можуть стати в нагоді при відновленні України загалом та пошкодженої енергетичної інфраструктури зокрема;
- виробництво літаків, вагонів, автомобілебудування;
- розробка промислового обладнання.
Провайдери цифрових двійників
Провайдерами цифрових двійників називаються компанії, які працюють на цьому ринку. Вони як допомагають у створенні цифрових двійників, так і можуть управляти ними.
Ось декілька найбільш відомих провайдерів Digital twins:
General Electric — компанія створила хмарне аналітичне рішення Predix Operations Performance Management (Predix OPM), яке уміє створювати та аналізувати дані Digital twins.
Azure — хмарний інструмент від Microsoft пропонує платформу Azure Digital Twins. Він може створювати цифрові моделі об’єктів та отримувати дані з інших сервісів Microsoft, в тому числі, Azure Stream Analytics, Azure AI, Azure Maps, Azure Storage, Microsoft Mixed Reality, Office 365 і Dynamics 365.
Створювати цифрові двійники можуть платформи інших технологічних гігантів, серед яких Oracle Digital Twin, Siemens Digital Industries Software, IBM Watson IoT Platform.
Усі ці розробники пропонують бізнесу інструменти для Digital twins поруч із хмарними продуктами та рішеннями для штучного інтелекту.
Які є приклади використання концепції Digital twins
Деякі компанії у світі уже використовують технологію цифрових близнюків. Ось декілька прикладів такого використання.
Команда з вітрильного спорту Emirates Team New Zealand використовує Digital twins для тестування різних конструкцій човнів у цифровому середовищі. Завдяки цьому підходу команда змогла перевірити тисячі конструкцій човнів, не витрачаючи гроші на створення навіть невеликих їх моделей.
Адміністрація стадіону SoFi Stadium, що у Каліфорнії, за допомогою цифрових двійників намагається покращити безпеку цього об’єкту. Окрім того, NFL розробила цифрову копію атлета, використавши для цього Amazon Web Services (AWS). Ця цифрова копія використовує штучний інтелект і машинне навчання для кращого прогнозування та запобігання травмам гравців, що робить гру безпечнішою для гравців.
Пивовари із Anheuser-Busch InBev застосовують концепцію Digital twins при створенні цифрових двійників своїх пивоварень. При цьому активно використовуються датчики Інтернету речей (IoT), які дозволяють пивовару спостерігати за хімічними процесами та процесами бродіння в пивоварних чанах.
Майбутнє технології цифрових близнюків
Технологія цифрових близнюків все активніше використовує штучний інтелект і машинне навчання. То ж ця концепція буде еволюціонувати до більш розумних і автономних рішень із більшими можливостями.
Ринок цифрових близнюків зростатиме одночасно із запровадженням технологій Інтернету речей: за даними MarketsandResearch, до 2026 року до 91% платформ Інтернету речей забезпечуватимуть цифрові близнюки, а до 2028 року цифрові близнюки стануть стандартом у створенні додатків Інтернету речей.
