Un Gemelo Virtual puede definirse como una representación virtual en tiempo real de un producto, un proceso o un sistema concreto, que es usada para modelar, visualizar, predecir y obtener feedback sobre las propiedades y prestaciones del mismo. De esta manera, pueden construirse representaciones virtuales de cualquier cosa o sistema, desde un componente (como un tornillo) y hasta una ciudad entera, pasando conjuntos de componentes o incluso órganos de seres vivos.
Obviamente, los beneficios potenciales de los gemelos virtuales (una tecnología que también se denomina Gemelo Digital) son inmensos. La inversión de modelar completamente un sistema es elevada pero, una vez que se dispone de él, es posible simular cualquier evolución del mismo. Dentro del mundo de la ingeniería industrial, los gemelos virtuales se utilizan prácticamente por sistema, y generalmente implicados en el ciclo de vida completo del producto.
A la hora de fabricar algo, valerse de Gemelos Virtuales tiene todo el sentido. Si vas a fabricar un coche, por ejemplo, primero necesitas diseñarlo. Si utilizas para diseñarlo una parte de un entorno de virtualización, como podría ser la aplicación CATIA de Dassault Systèmes (que es el estándar de la industria), tiene todo el sentido usar esos diseños, que contienen toda la información sobre la forma y el material del que está compuesto una pieza para construir un Gemelo Virtual y simularlo todo, desde la fabricación ye l montaje hasta el comportamiento en caso de choque y el reciclado.
En la industria automovilística y farmacéutica, trabajar con Gemelos Virtuales es el estándar desde hace tiempo. Sin embargo, lo brillante del concepto es que se puede aplicar a cualquier otro sistema, y a cualquier escala. Por ejemplo, es posible generar el Gemelo Virtual de una ciudad completa. Una vez construido, es posible simular cualquier proceso en la ciudad, desde el tráfico hasta la lluvia y pasando por la contaminación.
Construyendo el Gemelo Virtual
Para averiguar más sobre los Gemelos Virtuales, hemos viajado a la sede de Dassault Systèmes en Paris. Dassault Systèmes es uno de los grandes players en el mercado de los Gemelos Digitales, compitiendo contra empresas como Siemens, Huawei, Bentley Systems o Microsoft, y cuenta con la ventaja de que dispone de una herramienta (3DEXPERIENCE) que permite integrar perfectamente todo el proceso de «fabricación» y «explotación» de un Gemelo Virtual (en el caso de una ciudad, y con Dassault Systèmes, esta herramienta se denomina 3DEXPERIENCity). Las fases de «gestación» serían las siguientes:
- Modelado 3D y Geoespacial: El primer paso es crear un modelo tridimensional detallado de la ciudad, que incluya edificaciones, calles, y otras infraestructuras. Esto se logra mediante tecnologías como LIDAR, imágenes por satélite y fotografía aérea.
- Integración de Datos Dinámicos: Más allá del modelo estático, se integran datos en tiempo real o históricos que reflejan el funcionamiento de la ciudad. Esto incluye datos de tráfico, consumo energético, patrones climáticos, y más.
- Simulación de Sistemas Urbanos: Los modelos deben ser capaces de simular procesos y sistemas urbanos, como el flujo de tráfico, la distribución de servicios públicos, o la propagación de contaminantes.
- Análisis Predictivo: Utilizando algoritmos avanzados y aprendizaje automático, los Gemelos Virtuales pueden predecir tendencias futuras y posibles escenarios, basándose en los datos y modelos existentes.
- Interfaz de Usuario y Visualización: Para que los modelos sean efectivos, deben ser accesibles para los planificadores urbanos, políticos y el público. Esto requiere interfaces de usuario intuitivas y capacidades avanzadas de visualización.
Explotando el Gemelo Virtual
Una vez que se ha construido el Gemelo Virtual de una ciudad, hay múltiples formas de «explotarlo» o aprovecharlo. Estos modelos no son solo representaciones estáticas, sino herramientas dinámicas que permiten una gestión y planificación urbana más eficiente y efectiva. Veamos algunos ejemplos prácticos que ilustran su utilidad:
1. Optimización del Tráfico y Transporte Público
Mediante el Gemelo Virtual, se pueden simular cambios en la señalización vial, la adición de carriles para bicicletas o la modificación de rutas de transporte público. Por ejemplo, antes de implementar un nuevo carril bici, se podría simular su impacto en el tráfico y la seguridad vial, ajustando el diseño en función de los resultados.
2. Planificación Urbana y Desarrollo
Supongamos que se planea construir un nuevo parque o complejo residencial. El Gemelo Virtual permite visualizar cómo estos cambios afectarían la estética de la ciudad, el flujo de personas y la demanda de servicios locales, como transporte y comercio.
3. Gestión de Emergencias y Respuesta a Desastres
En caso de desastres naturales como inundaciones, el Gemelo Virtual puede usarse para predecir las áreas más afectadas y planificar evacuaciones. También permite simular escenarios de emergencia, como incendios en edificios, para mejorar los planes de respuesta y evacuación.
4. Eficiencia Energética y Sostenibilidad
Si se considera instalar paneles solares en edificios, el Gemelo Virtual podría analizar qué edificios recibirían más luz solar durante el año, maximizando así la eficiencia de la instalación. Igualmente, podría usarse para planificar la expansión de la infraestructura de carga de vehículos eléctricos en la ciudad.
5. Gestión del Agua y Residuos
Se podría simular la implementación de un nuevo sistema de recogida de residuos o de gestión del agua para determinar su eficacia y sostenibilidad, identificando los puntos críticos para la recogida y el reciclaje.
6. Participación y Colaboración Ciudadana
El Gemelo Virtual puede ser una herramienta para la participación ciudadana, permitiendo a los residentes visualizar y opinar sobre proyectos de desarrollo urbano propuestos. Por ejemplo, antes de remodelar una plaza pública, los ciudadanos podrían explorar diferentes diseños y dar su feedback.
7. Salud Pública y Bienestar
Mediante el análisis de datos de salud y movimiento de personas, el Gemelo Virtual podría ayudar a identificar áreas de la ciudad donde se necesitan más recursos sanitarios o espacios verdes para mejorar la salud pública.
Gemelos Virtuales para todos los bolsillos
Las técnicas de análisis de imagen y de inteligencia artificial están ayudando muchísimo en la etapa del Modelado 3D y Geoespacial. En cualquier caso, y en función del tamaño de la ciudad, un Gemelo Virtual completo es un proyecto que puede oscilar entre los cientos de miles y los millones de euros.
Normalmente, las ciudades (o sus políticos) no están preparados para realizar una inversión tan grande de forma directa. Por esto, cabe la posibilidad de escalar las dimensiones del Gemelo Virtual tanto en extensión geográfica como en características simuladas. De esta manera, y para una ciudad mediana, estudios sobre tráfico o contaminación pueden realizarse con presupuestos en el orden de las decenas de miles de euros, con la ventaja de que todo lo que se construya puede emplearse en el futuro para edificar un Gemelo Virtual más grande o más complejo.
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