Las raíces de la tecnología de gemelos digitales se remontan a 1970, cuando la fatídica explosión ocurrida dentro del Apolo 13 pudo solucionarse gracias a la réplica virtual del módulo lunar que la NASA generó a contrarreloj, que les permitió diseñar un protocolo de emergencia a distancia para que los astronautas pudieran regresar sanos y salvos a la Tierra. Sin embargo, no fue hasta 2002 que Michael Grieves, del Instituto de Tecnología de Michigan, presentó el concepto de gemelo digital con el objetivo de mejorar los procesos de fabricación.
¿Qué son los gemelos digitales?
Un gemelo digital (DT, por sus siglas en inglés) es una réplica virtual y dinámica de un sistema físico que refleja con absoluta precisión todos los datos relativos al ciclo de vida del elemento real que replica. El sistema informático se programa de forma que el gemelo digital reciba, en forma de datos y en tiempo real, las mismas circunstancias que experimenta el objeto físico y simule las respuestas correspondientes. Este proceso permite ejecutar simulaciones que generen información valiosa sobre funcionamiento y rendimiento que se aplicará posteriormente al objeto físico para mejorarlo.
En función de cuál sea el elemento físico que se está replicando, se pueden considerar varios tipos de gemelos digitales:
Gemelos de componentes: representación digital de una solo pieza dentro de un sistema completo. Por ejemplo, el motor de un vehículo.
Gemelos de activos: réplica de dos o más componentes que funcionan e interactúan juntos dentro del sistema.
Gemelos de sistemas: representan el funcionamiento de cada uno de los activos que trabajan juntos y su interacción.
Gemelos del proceso: abarca todo el entorno en el que intervienen diferentes componentes, activos y sistemas. Por ejemplo, la réplica de una fábrica completa.
¿Cómo funcionan los gemelos digitales?
Su funcionamiento se basa en tres pilares: el elemento físico, la réplica informática y las conexiones entre ellos. Los datos que se extraen del objeto real y de su entorno se trasmiten en tiempo real a su gemelo, que reproduce fielmente sus funcionalidades, características y comportamiento. Este proceso se consigue gracias a dos tecnologías fundamentales:
Internet de las cosas: engloba toda la red de dispositivos y sensores interconectados que recogen los datos del objeto físico, como puede ser posición, temperatura o consumo energético. Estos son trasmitidos a una plataforma de software en la nube donde se procesan y actualizan en tiempo real. Esta es la principal diferencia con una simulación por computadora tradicional, donde no hay conexión ni intercambio de datos entre el objeto real y la simulación.
Inteligencia artificial: los datos recogidos se analizan mediante algoritmos de aprendizaje automático y se aplican a la copia digital, que generará respuestas autónomas en función de la información recabada. Esto permite no solo monitorizar el rendimiento del objeto físico y detectar fallos o anomalías, sino también predecirlos y resolverlos automáticamente.
Aplicaciones de los gemelos digitales
Las diferentes aplicaciones que ofrece esta tecnología se pueden dividir en tres clases:
Prototipo de gemelo digital (DTP): diseño digital previo a la creación del producto real para optimizar el prototipo en función de las simulaciones.
Ejemplo de gemelo digital (DTI): réplica digital de un elemento ya existente que se utiliza para comprobar su funcionamiento en diferentes escenarios virtuales.
Agregado de gemelo digital (DTA): se utiliza la información recopilada del producto real para identificar capacidades, generar pronósticos y simular diferentes parámetros operativos.
En general, un gemelo digital simula, aprende y predice comportamientos para mejorar la operación futura del activo real gracias al análisis profundo de datos. Son muchos los sectores industriales que utilizan gemelos digitales para optimizar sus procesos de producción, realizar tareas de supervisión de forma remota o efectuar un mantenimiento predictivo en equipos e instalaciones. Desde la planificación de estructuras complejas como edificios o puentes hasta el diseño y fabricación de vehículos o maquinaria industrial, las posibilidades que ofrecen los gemelos digitales los convierten en una tecnología clave de la industria 4.0.
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