Un Digital Twin, o gemello digitale, è una rappresentazione virtuale di un oggetto o di un sistema, a cui si collega per tutto il ciclo di vita.
Il Digital Twin riceve aggiornamenti in tempo reale dai dati raccolti dai sensori collegati all’asset fisico e usa programmi di simulazione e l’AI per fornire informazioni utili sull’asset e per elaborare modelli predittivi delle prestazioni future e delle reazioni dell’oggetto a determinate condizioni.
In altre parole, il “gemello digitale” è un modello virtuale altamente complesso, che è l’esatta replica del suo corrispettivo fisico. Questo può essere qualsiasi cosa: da un’auto, a un macchinario industriale, a un aereo, un ponte, un edificio e così via.
Dietro questo modello c’è un principio di base: l’evoluzione tecnologica in corso è caratterizzata da uno spostamento da “atomi” a “bit”.
Le ragioni sono legate al minor costo dei “bit”, sia in termini di “stoccaggio” che di elaborazione e trasporto. Così, se è possibile effettuare operazioni sui bit anziché sugli atomi le imprese scelgono questa strada.
Come cambia la progettazione di sistemi grazie al gemello digitale
Un tempo, un sistema doveva essere fisicamente creato, inizialmente sotto forma di progetto e, in seguito, come un prototipo. La costruzione di un modello 3D fisico permetteva una migliore comprensione del sistema stesso e del suo comportamento.
In caso di problemi o malfunzionamenti si doveva tornare al modello in 2D, modificarlo e ricominciare il ciclo da capo. Un processo molto dispendioso, sia in termini di tempo che di costi economici.
L’avanzamento delle tecnologie digitali ha semplificato il processo, permettendo di creare modelli 3D virtuali che consentono di fare su essi le valutazioni per cui era necessario costruire un prototipo.
Come funziona un Digital Twin?
Il gemello digitale di un prodotto è una fonte preziosissima di informazioni per ingegneri e operatori, essendo connesso al prodotto fisico attraverso vari sensori posti su aree vitali alla funzionalità dell’oggetto. Questi sensori producono dati su diversi aspetti delle prestazioni dell’oggetto fisico, dalla temperatura, all’energia utilizza/prodotta, e così via. L’analisi di questi dati permette di capire il comportamento del prodotto e di predire come il prodotto si comporterà in futuro.
Questo flusso continuo di informazioni permette al Digital Twin di eseguire simulazioni, rilevare e analizzare eventuali problemi di prestazioni del prodotto e studiare possibili miglioramenti.
Il flusso di dati tra il prodotto fisico e il suo gemello virtuale funziona a doppio senso: il Digital Twin riceve i dati dai sensori di cui è dotato il prodotto fisico, per poi restituire informazioni.
Che vantaggi portano i Digital Twin
Inizialmente utilizzati per la gestione di singoli asset, i Digital Twin vengono ora utilizzati anche per la gestione di sistemi complessi, come ad esempio gli smart building.
Non si tratta della replica virtuale dell’edificio, quanto piuttosto di un modello complesso di come le persone e i processi interagiscono con gli ambienti. Il gemello digitale di un edificio intelligente mette insieme sistemi IT e OT, sensori IoT e dati di terze parti. Informazioni che vengono poi contestualizzate con informazioni sui processi e le persone, ottenendo una replica digitale dinamica.
Inoltre, l’analisi dei dati permette di pianificare interventi di manutenzione predittiva e migliorare così il building e il comfort dei suoi occupanti.
Con lo sviluppo delle tecnologie dell’Industria 4.0, sempre più aziende manifatturiere ricorrono ai gemelli digitali per ottimizzare i processi e i prodotti.
Il gemello digitale di un macchinario, ad esempio, è in grado di fornire informazioni molto preziose sulle prestazioni e lo stato di salute della macchina. Questo permette all’azienda di rilevare malfunzionamenti, ottimizzare le prestazioni della macchina e programmare i necessari interventi di manutenzione.
Il Digital Twin permette dunque di abilitare la manutenzione predittiva, evitando così stop alla produzione dovuti al guasto dei macchinari. Inoltre è anche possibile monitorare il consumo energetico e ottimizzare quei processi che comportano sprechi di energia.
Il gemello digitale di un prodotto è poi una fonte preziosissima di informazioni per il produttore che può utilizzare i dati per migliorare il prodotto stesso per fornire ai clienti servizi post-vendita customizzati ai loro bisogni.
I casi di Dallara e Tesla e l’utilizzo dei Digital Twin nell’automotive
La Dallara anziché sviluppare prototipi di scocche e testarli in gallerie del vento e altri laboratori, costruisce dei modelli digitali. Su questi effettua tutte le prove e le simulazioni necessarie ad arrivare ad un progetto soddisfacente. Quando il modello virtuale è pronto e testato, si convertono i bit in atomi e si ottiene il prodotto finale.
Tesla costruisce un gemello digitale di ogni auto prodotta. I sensori di cui sono dotati gli autoveicoli trasmettono i dati al gemello digitale, e i dati vengono poi analizzati dall’ Intelligenza Artificiale.
Questo processo di sviluppo del software guidato dai dati consente un’allocazione delle risorse più efficiente e un’esperienza utente decisamente migliore per il proprietario del veicolo.
L’azienda può infatti monitorare le prestazioni dei veicoli, verificare se funzionano correttamente o se hanno bisogno di manutenzione.
Il modello Digital Twin nella cura del Covid19
Applicazioni del modello del Digital Twin nella sanità sono già possibili anche in ambito sanitario. Un esempio è il progetto di Dell Technologies in collaborazione con i2b2 tranSMART Foundation per il trattamento domiciliare dei pazienti affetti da long Covid. Il progetto raccoglierà dati da pazienti da tutto il mondo, che verranno poi messi a disposizione (in forma anonima) dei ricercatori.
Questi potranno creare modelli digitali del paziente e, nel futuro, i Digital Twin potranno essere aggiornati con i dati provenienti in tempo reale da macchinari connessi al paziente (come respiratori e monitor cardiaci).
Questo permetterà di sperimentare sul gemello digitale del paziente diverse tipologie di trattamento, in modo del tutto sicuro.