Streszczenie: Cyfrowe bliźniaki to wirtualne repliki fizycznych obiektów, systemów lub procesów, które umożliwiają symulację, analizę i optymalizację ich działania w czasie rzeczywym. Technologia ta znajduje zastosowanie w różnych branżach, od przemysłu po opiekę zdrowotną, przyspieszając innowacje i redukując koszty. Przykładowo, w medycynie cyfrowe bliźniaki pozwalają na szybsze i tańsze testy kliniczne leków, a w urbanistyce wspierają rozwój inteligentnych miast poprzez symulację różnych scenariuszy rozwoju. Wykorzystanie cyfrowych bliźniaków przyczynia się do zwiększenia efektywności, precyzji i bezpieczeństwa w wielu dziedzinach.
W zeszłym roku świat zamarł, patrząc, jak płomienie trawią katedrę Notre Dame.
Po ugaszeniu pożaru, kiedy ogłoszono, że ta słynna na całym świecie budowla nie jest spisana na straty, rozpoczął się trudny proces restauracji budynku. W jeszcze całkiem nieodległej przeszłości prace te wiązałyby się z potrzebą przebijania się przez zakurzone archiwa w poszukiwaniu rysunków, które posłużyłyby za punkt odniesienia w prowadzonych pracach. W erze cyfrowych kopii inżynierowie i architekci mogli oprzeć się na cyfrowym modelu francuskiej katedry – o wiele bardziej szczegółowym i interaktywnym aniżeli jakikolwiek rysunek – który pomógł im zachować wierność oryginałowi, jednocześnie włączając w to innowacyjne rozwiązania projektanckie i materiałowe.
Cyfrowa replika obiektu
Jak sugeruje nazwa, cyfrowy bliźniak to cyfrowa replika obiektu, organizmu lub systemu, który może być nieustannie aktualizowany za pomocą danych spływających od jego fizycznego odpowiednika. Dzięki wsparciu około 25 miliardów globalnych sensorów do roku 2021 miliony obiektów będą miały swoje cyfrowe kopie. Silnik odrzutowca, ludzkie serce, a nawet całe miasto może mieć swojego cyfrowego bliźniaka, który będzie stanowił dokładne odzwierciedlenie cech fizycznych i biologicznych.
Rodzi to poważne implikacje: umożliwi ocenę w czasie rzeczywistym oraz diagnostykę, która będzie o wiele bardziej precyzyjna niż obecnie; dokonywanie napraw dosłownie natychmiastowo; innowacje, które są szybsze, tańsze i bardziej radykalne.
Przełom w świecie innowacji
Wielu komentatorów martwi się obecnie kryzysem innowacyjności, który zagraża firmom i gospodarkom. Jedni mówią, że kończą nam się pomysły i innowacje, które „odmieniają życie”, inni zaś, że innowacje są dławione przez biurokrację i nadmiar regulacji.
Łatwiej jednak wytłumaczyć to zjawisko tym, że innowacyjność zawsze była trudna i czasochłonna. Wymaga prowadzenia kosztowych prób i popełniania błędów, a do tego często stawia nas w obliczu potrzeby odpowiedzenia sobie na istotne pytania natury etycznej, społecznej czy regulacyjnej.
Weźmy chociażby przykład produkcji samochodów, gdzie czas stworzenia nowego modelu skrócił się z 54 miesięcy w latach osiemdziesiątych do 22 miesięcy obecnie. Albo tworzenie nowych leków ratujących życie, gdzie droga od odkrycia do komercjalizacji może zająć całe dziesięciolecia.
Cyfrowi bliźniacy mogą zmienić innowacyjność, uruchamiając trzy kluczowe czynniki
1. Nieprzerwana analiza funkcjonowania
Dotychczas większość złożonych produktów mogła być poddana dokładnej analizie, kawałek po kawałku, zaledwie dwukrotnie w całym okresie życia – kiedy zostały stworzone i kiedy się zepsuły pod koniec życia produktu. Obecnie, kiedy czujniki są w stanie wychwycić i nieustannie aktualizować cyfrowego bliźniaka danego produktu w całym cyklu życia, wytwórcy mają nieustanny wgląd w to, co się z tym produktem dzieje.
W obszarze wytwórczym AStar – singapurska agencja ds. nauki, technologii i badań – współpracuje z firmami, by stworzyć dla ich urządzeń i maszyn cyfrowe bliźniaki, które będą automatycznie korygowały ich funkcjonowanie, eliminując luzy elementów ruchomych pracujących na osi. Możliwość ta usuwa potrzebę prowadzenia kosztownej diagnostyki i naprawy oraz może znacznie skrócić czas przestoju w związku z konserwacją. Tesla idzie w tym zakresie o krok dalej: każdy ich samochód ma swojego cyfrowego bliźniaka.
2. Szybszy i tańszy proces tworzenia prototypów
Cyfrowi bliźniacy mogą zdecydowanie obniżyć potrzebę organizowania drogich testów czy budowania fizycznych prototypów, obniżając tym samym koszty i zwiększając szybkość procesu innowacyjnego. Koszt tworzenia nowych leków może pójść w miliardy dolarów, a same etapy testów przedklinicznych trwają mniej więcej trzy i pół roku. Na Oklahoma State University stworzono cyfrowy model wchłaniania leku w aerozolu stosowanego w leczeniu raka płuc. Zmieniając parametry cyfrowego bliźniaka, takie jak częstotliwość inhalacji i wielkość cząstek, naukowcom udało się zwiększyć ilość leku, która dociera do komórek rakowych, z 20% do 90%, oszczędzając im potrzebę tworzenia kilku prototypów i skracając proces testowania.
Podobnie jest z wagonami pasażerskimi, które wcześniej musiały przechodzić testy w tunelach aerodynamicznych, by sprawdzić, czy spełniają wymagania określone w regulacjach i się nadmiernie nie nagrzewają lub nie wyziębiają. Siemens nawiązał współpracę z Anysy, amerykańską firmą produkującą oprogramowanie do symulowania procesów inżynieryjnych, by stworzyć cyfrowego bliźniaka wagonu, by móc na nim testować wpływ warunków atmosferycznych i oporu powietrza. Wynik: czas testów skrócił się o połowę, prowadząc do oszczędności wynikających z ograniczenia czasu pracy sprzętu, pracowników i kosztów wynajmu tunelu aerodynamicznego. Dodatkowo poprawiono komfort podróży, wykraczając w tym poza wymagania standardowe, oraz wyeliminowano potrzebę testowania różnych wariantów produktu.
Kiedy model cyfrowego bliźniaka zastosuje się w przypadku systemu lub procesu, można wyeliminować potrzebę prowadzenia eksperymentów na żywym organizmie przy jednoczesnej optymalizacji wydajności w różnych warunkach. Na przykład Accenture podjęło współpracę z An Post, irlandzką pocztą państwową, by stworzyć cyfrowego bliźniaka dla setek ich pojazdów, dróg doręczenia, licznych centrów przeładunkowych oraz różnych procesów, by ocenić wpływ nowych technologii oraz testować nowe podejścia dotyczące przepływu przesyłek i listów oraz terminowości doręczeń.
3. Innowacyjność na skraju możliwości
Proces innowacyjny staje się tym trudniejszy, im większym problemom ludzkości i wyzwaniom społecznym staramy się zaradzić. Eksperymentowanie na cudzym sercu może być nieetyczne, nie można też zatrzymać ruchu ulicznego w godzinach szczytu, żeby przeprowadzić eksperyment z nowym systemem wybierania najkrótszej drogi dojazdu. Czy rzeczywiście?
SenSat, firma specjalizująca się w tworzeniu cyfrowych bliźniaków miast, uważa, że to możliwe. Jej kierownik naukowy Sheikh Fakhar Khalid tłumaczy to następująco: „Stworzyliśmy cyfrowego bliźniaka angielskiego Cambrigde i usunęliśmy z niego cały ruch uliczny. Pozwala to miastu na eksperyment z nowymi modelami ruchu ulicznego. Model ten jest już wykorzystywany do rozmieszczenia masztów do transmisji sygnału 5G. Poza tym dostrzegamy wiele innych możliwości jego wykorzystania, np. do stworzenia platformy szkoleniowej dla samochodów autonomicznych czy do udostępnienia widoku miasta (cityscapes) dostawcom interaktywnych treści, np. gier itd.
Największe postępy w tym zakresie dokonują się w ochronie zdrowa, czyli obszarze, w którym innowacyjność często hamują kwestie etyczne. Weźmy na przykład chorobę wieńcową. Posługując się wiedzą anatomiczną oraz tysiącami obrazów serc, Philips stworzył Heart Model (Model Serca), który stanowi cyfrowe odwzorowanie ludzkiego serca. Może on pomóc lekarzom w o 80% szybszym postawieniu diagnozy, która będzie zdecydowanie pewniejsza, niż pozwalają na to metody tradycyjne. „Posługując się cyfrowymi bliźniakami w medycynie, można łatwiej ocenić różne scenariusze postępowania i możliwości leczenia; można łączyć dane osobowe i medyczne, by zapewnić możliwość interweniowania i zapobiegania w czasie rzeczywistym – tłumaczy Ger Janssen, dyrektor działu zajmującego się projektem cyfrowych bliźniaków w firmie Philips. – Prowadzimy prace nie tylko na potrzeby kardiologii, ale także onkologii, pulmonologii i neurologii. Cel ostateczny to stworzenie cyfrowego bliźniaka całego organizmu człowieka”.
Co dalej?
Cyfrowe bliźniaki mogą wywrzeć ogromny wpływ. Wiele z nich dopiero się tworzy, gdyż są to projekty niezwykle złożone, ale niebawem już miliony rzeczy będą miały swoich cyfrowych bliźniaków, a ich przydatność i możliwości będą wciąż ewoluowały.
Bliźniaki współpracujące: Tak jak współpracują ze sobą ludzie, żeby tworzyć innowacje, tak samo będą współpracowały cyfrowe bliźniaki. Wartość cyfrowych bliźniaków będzie wynikać w przeważającej części z faktu cyfrowych powiązań komunikacyjnych (digital thread), czyli infrastruktury spajającej, która pozwala cyfrowym bliźniakom wymieniać się informacjami i łączyć różne perspektywy, tradycyjnie pozamykane w silosach poszczególnych pionów organizacyjnych. Weźmy na przykład przejażdżkę samochodem. Chcemy przemieścić się z punku A do punktu B; jesteśmy jednak oddzieleni od pozostałych uczestników ruchu. Gdyby każdy kierowca wiedział, gdzie chcieliby się znaleźć inni, czas podróży byłby dla wszystkich krótszy. Łączenie cyfrowych bliźniaków samochodów umożliwia stworzenie w pełni autonomicznej sieci samochodowej i innowacji w obszarze systemów przemieszczania się. Simens robi to za pomocą robotów w swojej bawarskiej fabryce w Bad Neustadt w Niemczech. Cyfrowe bliźniaki dwóch lub trzech takich robotów mogą komunikować się, by ocenić, jak najlepiej ze sobą współpracować na nowej linii montażowej.
Świadome miasta
Na tym jednak nie koniec. Łączenie cyfrowych bliźniaków należących do różnych kategorii przedmiotów może doprowadzić do stworzenia o wiele bardziej złożonych organizmów tego rodzaju. Na przykład całe miasto będzie musiało połączyć informacje płynące z cyfrowych bliźniaków na temat ruchu ulicznego, pogody, zanieczyszczenia, mieszkańców, energii i innych zasobów. To umożliwi dalszą transformację – inteligentne miasta staną sięświadomymi miastami, które będą świadome wszystkich funkcjonujących w ich obrębie zasobów, a także ich przepływu poprzez ich granice. Takie spojrzenie otwiera przed innowacyjnością nowe perspektywy: nowe formy mobilności w miastach, które są zarówno szybsze, jak i tańsze, wyeliminowanie zatłoczenia; zmniejszenie poziomu zanieczyszczenia; nowe sposoby planowania na wypadek sytuacji nagłych i niespodziewanych; a także śledzenie za pomocą funkcji smart wykorzystania energii i wody. Cyfrowy bliźniak posiadający złożoność oraz szczegółowość prawdziwego miasta stanowi większą i bardziej wartościową platformę dla eksperymentowania niż wszystkie, jakie dotychczas zostały stworzone.
Innowacyjność firm
Firmy – podobnie jak miasta – mogą w przyszłości tworzyć swoje cyfrowe bliźniaki, które będą łączyły wszystkie informacje przepływające przez organizację, przedstawiały całościowy obraz jej działań w czasie rzeczywistym, a także pozwalały im na szybkie korekty modeli operacyjnych, tworzenie lepszych strategii, odkrywanie niewykorzystanych możliwości podnoszenia efektywności i – być może – ostateczne wykorzenienie silosowej mentalności.
Firmy zyskają także nowe potężne narzędzie do tworzenia innowacyjnych modeli biznesowych. Wprowadzając cyfrowych bliźniaków, będą mogły łatwiej przechodzić z etapu produkcji i sprzedaży produktu na sprzedaż możliwości wykorzystania, ale również utrzymania tego produktu jako usługi.
Na przykład niemiecka firma Kaeser Kompressoren, która kiedyś sprzedawała kompresory powietrza. Jednak po wprowadzeniu cyfrowego bliźniaka zajęła się sprzedażą powietrza‑jako‑usługi, w ramach której klient płaci jedynie za wykorzystanie kompresora.
Chociaż niektóre firmy dokonały już u siebie zmiany i zrezygnowały ze sprzedawania produktów na rzecz świadczenia usług, nie wykorzystując przy tym cyfrowych bliźniaków (na przykład Rolls‑Royce, oferując „power by the hour”, dotyczącą wykorzystania silników lotniczych), zdolność do nieustannego doskonalenia i innowacyjnego zmieniania złożonych produktów zmienia rachunek korzyści zarówno dla klientów, jak i firm.
Efekt mnożnikowy
Nadejście ery cyfrowych bliźniaków zbiega się z czasem, kiedy wiele innych nowych technologii zapuszcza korzenie w naszej rzeczywistości. Cyfrowi bliźniacy będą się łączyć z innymi rodzącymi się technologiami, by zwielokrotnić ich potencjał innowacyjności.
Kiedy na przykład stworzy się cyfrowe bliźniaki z funkcją rzeczywistości wirtualnej, możliwości, jakie oferuje technologia VR – zajrzenia w głąb i naturalna interakcja – sprawią, że wprowadzanie zmian w projektach stanie się bardziej instynktowne i mniej kłopotliwe. Można prowadzić symulacje w czasie rzeczywistym, żeby przekonać się, jak będzie się zachowywał produkt w działaniu, co pozwoli na szybkie przechodzenie przez kolejne fazy projektu. Co więcej, działania podejmowane w rzeczywistości wirtualnej na cyfrowym bliźniaku mogą być skopiowane do rzeczywistości fizycznej za pomocą robotów. W efekcie wyobraźcie sobie chirurga, który dokonuje zdalnie operacji, wykorzystując do tego cyfrowego bliźniaka serca pacjenta.
Inspiracja, geniusz i nieustępliwość
W istocie związek między uczeniem maszynowym a cyfrowymi bliźniakami może być odpowiedzią nawet na spowalniające tempo powstawania kolejnych innowacyjnych pomysłów. Co by było, gdybyśmy pozwolili, żeby to cyfrowy bliźniak tworzył pomysły za nas? Zgodnie z koncepcją głoszącą, że małpa naciskająca losowo klawisze maszyny do pisania nieskończoną ilość razy prędzej czy później napisze jedno z dzieł Szekspira, cyfrowego bliźniaka można sprząc z algorytmami uczenia maszynowego, by stworzyć niezliczone warianty tego bliźniaka i wymyślić nowe wzorce, rozwiązania czy twórcze pomysły, których człowiek jeszcze nie brał pod rozwagę. Wystarczy przypomnieć sobie słynne zwycięstwo AlphaGo nad Lee Sedolem, mistrzem świata w starożytnej grze go – AlphaGo wykonał szereg zdecydowanych posunięć, których – jak twierdzi Lee Sedol – żaden człowiek nigdy by nie wykonał.
Inspiracja, geniusz i nieustępliwość zawsze będą kluczowymi czynnikami innowacyjności. Cyfrowi bliźniacy oferują możliwości przyspieszenia, ale także i zwielokrotnienia tych cech. W rezultacie więc zadać sobie jedno pytanie. Jak twoja firma może zdobyć przewagę konkurencyjną w zakresie innowacyjności w nowym świecie lustrzanych kopii rzeczywistości.
