Mitä digitaaliset kaksoset ovat? Kun Black Mirrorista tulee todellisuus

Pelottiko Black Mirrorin katsominen sinua? Oletko ajatellut tulevaisuutta pelolla? Meillä on viesti sinulle – on olemassa teknologia, joka saa sinut ajattelemaan. Black Mirrorin epärealistinen maailma muuttuu todellisuudeksi. Puhutaan digitaalisista kaksosista.

Digitaaliset kaksoset – sisällysluettelo:

1. Mikä on digitaalinen kaksos?
2. Mitkä ovat digitaalisten kaksosten päätyypit?
3. Mikä on ero digitaalisten kaksosten ja simulaation välillä?
4. Digitaalisten kaksosten pääasialliset sovellusalueet
5. Digitaalisten kaksosten edut teollisuudelle
6. Digitaalisten kaksosten tulevaisuuden sovellukset
7. Uhkat ja huolenaiheet

Mikä on digitaalinen kaksos?

Digitaalinen kaksos on malli virtuaalitodellisuudessa, joka on suunniteltu heijastamaan toista fyysistä objektia, joka on olemassa todellisessa maailmassa. Digitaalinen kaksos on tarkka kopio objektista, ei vain kuva tai kaavio, eikä edes simulaatio objektista, vaan replika, joka heijastaa kaikkia objektin ominaisuuksia. Replika tai digitaalinen käsite, joka sisältää tiedot todellisesta objektista, voidaan luoda ja se voi olla olemassa itsenäisesti ja olla pysyvästi linkitetty sen fyysiseen malliin.

Kaikki tämä tarkoittaa, että digitaalisten kaksosten käsite sisältää kolme pääelementtiä: todellinen tila todellisen objektin kanssa, virtuaalinen tila virtuaalisten objektien kanssa ja niiden välinen yhteys, joka mahdollistaa jatkuvan tiedon virtauksen virtuaalisen ja todellisen tilan välillä.

Ajatus digitaalisten kaksosten teknologian käytöstä esiteltiin ensimmäisen kerran vuonna 1991 julkaisussa nimeltä Mirror Worlds: or the Day Software Puts the Universe in a Shoebox, jonka on kirjoittanut Yale-yliopiston tietokoneasiantuntija David Gelernter. Julkaisussa Gelernter väittää, että tarkat maailman esitykset, jotka ovat saatavilla tietokoneen näytön kautta, tulevat olemaan kaikkien saatavilla lähitulevaisuudessa. Hänen visiossaan ihmiset pystyvät vuorovaikuttamaan magejen kanssa samalla tavalla kuin he vuorovaikuttavat jokapäiväisessä todellisuudessaan. Gelernter ennustaa, että tietokoneita käytetään eri tavalla ja selittää, kuinka on mahdollista rakentaa maailman replika nykyteknologioilla.

Digitaalisten kaksosten käsitettä kehitti myös professori Michael Grieves, jota pidetään ensimmäisenä, joka sovelsi ideaa valmistuksessa. Hän esitteli käsitteen vuonna 2002 tuote-elinkaaren hallintaan omistetussa tapahtumassa. Aluksi käsitettä kutsuttiin peilattujen tilojen malliksi. Hänen artikkelinsa ja julkaisunsa ylistävät digitaalisten tuotteiden täydellisyyttä ja käytettävyyttä, jotka eivät ole vain erottamattomia todellisista malleistaan, vaan myös erinomaisia testaus- ja simulaatiotarkoituksiin.

Kuitenkin digitaalisten kaksosten teknologia ei ole niin uusi kuin miltä se vaikuttaa. NASA on käyttänyt digitaalisten kaksosten teknologiaa jo 1960-luvulla avaruustutkimusmissioidensa aikana, jolloin avaruusaluksia kopioitiin maapäällä ja käytettiin testaukseen ja tutkimukseen. Pelkkä termi “digitaaliset kaksoset”, kuten ymmärrämme sen tänään, käytettiin NASA:n asiantuntija John Vickersin toimesta vuonna 2010.

Mitkä ovat digitaalisten kaksosten päätyypit?

On olemassa useita erilaisia digitaalisia kaksosia, mutta pääasiallinen ero on sovellusalueessa tai syvyydessä, joten voimme puhua: osakaksosista, omaisuuskaksosista, järjestelmäkaksosista tai prosessikaksosista. Osakaksoset ovat hyvin perus, pieniä kaksosia toimivista komponenteista. Omaisuuskaksosia käytetään niin sanottuihin omaisuuksiin, jotka muodostuvat kahdesta erillisestä komponentista, jotka toimivat yhdessä. Omaisuuskaksoset mahdollistavat kahden komponentin havainnoinnin ja mittaamisen toiminnassa.

Järjestelmäkaksoset ovat seuraavalla monimutkaisuuden tasolla. Nämä kaksoset replikoivat kokonaisia toimivia järjestelmiä ja mahdollistavat suurempien fyysisten objektien tutkimisen. Prosessikaksoset heijastavat suurten järjestelmien, kuten tehtaiden tai muiden suurten rakenteiden, toimintaa. Prosessikaksoset auttavat havainnoimaan monimutkaisia vuorovaikutuksia ja mahdollistavat elementtien synkronoinnin, jotta saavutetaan mahdollisimman korkea toimintatehokkuus.

Mikä on ero digitaalisten kaksosten ja simulaation välillä?

Simulaatioiden ja digitaalisten kaksosten käsitteitä käytetään joskus viittaamaan samoihin digitaalisiin objekteihin, mutta ne ovat eri asioita ja niiden taustalla olevat käsitteet ovat erilaisia. Simulaatio luodaan yleensä alustalla, kuten CAD-ohjelmistossa tai muussa, ja sen ei tarvitse liittyä mihinkään todelliseen fyysiseen objektiin.

Digitaalinen kaksos puolestaan on luotava yhteydessä todelliseen fyysiseen objektiin. Koko digitaalisten kaksosten luomisprosessi perustuu todellisiin tietoihin, jotka liittyvät objektiin. Digitaalinen replika on linkitetty todelliseen objektiin IoT-antureiden kautta ja saa reaaliaikaista dataa, mikä tarkoittaa, että tiedot päivittyvät jatkuvasti. Tiedon virtaus digitaalisen kaksosen ja objektin välillä on kaksisuuntainen. Digitaalisten kaksosten prosessien tuloksia voidaan käyttää takaisin todellisessa, alkuperäisessä objektissa.

Digitaalisten kaksosten pääasialliset sovellusalueet

Digitaalisten kaksosten luominen on edelleen hyvin kallista ja työlästä, ja tällä hetkellä digitaalisten kaksosten käyttö on rajoitettu tiettyihin alueisiin. Niitä käytetään laajasti alueilla, kuten:

• Kaupunkisuunnittelu

Kaupunkien ja kaupunkien digitaaliset kaksoset voivat näyttää realistisia tilatietoja 3D- ja 4D-järjestelmissä. Kaksosten soveltaminen mahdollistaa johdonmukaisemman kaupunkisuunnittelun ympäristössä. Tällä hetkellä yhä useammat kaupungit päättävät liittyä Shanghain ja Singaporen joukkoon ja luoda omat kaksosensa. Kaikki tiedot ovat saatavilla reaaliajassa, joten se parantaa suuresti kaikkia katujen, rakennusten ja liikennejärjestelmien suunnitteluun liittyviä toimintoja. Useimmilla uusilla kaupungeilla, joita rakennetaan äskettäin Lähi-idässä, on digitaaliset kaksoset luotu samanaikaisesti.

• Autoteollisuus

Toinen erittäin tärkeä digitaalisten kaksosten sovellus löytyy autoteollisuudesta. Autoilla on monimutkainen rakenne, joka sisältää monia järjestelmiä, joiden on toimittava yhdessä ilman rikkoutumisen riskiä. Digitaaliset kaksoset auttavat parantamaan ajoneuvojen suorituskykyä ja tehokkuutta. AI:n tuella toimivien autojen tapauksessa digitaaliset kaksoset mahdollistavat ennusteiden pätevyyden varhaisen tarkistamisen.

• Terveydenhuolto

Alun perin kaikki terveydenhuoltoalalla käytetyt digitaaliset kaksoset olivat tuotteiden ja laitteiden replikoita. Tällä hetkellä digitaalisen kaksosen käsite terveydenhuollossa sovelletaan potilaisiin, joita on diagnosoitava ja seurattava. Täysin personoidut potilasmallit rakennetaan. Nämä replikaattorit mahdollistavat elämäntapaparametrien tallentamisen ja seuraamisen. Koko väestön digitaaliset kaksoset mahdollistavat suuremman kaavion etsinnän.

• Valmistusteollisuus

Digitaaliset kaksoset näyttävät objektin toiminnan sen koko elinkaaren ajan. Digitaalisten kaksosten teknologian ensimmäinen sovellus oli valmistuksessa. Kaikki monimutkaiset tuotteet voidaan tuottaa digitaalisten kaksosten avulla, ja niitä voidaan hyödyntää jokaisessa tuotannon vaiheessa.

• Voimalaitokset

Digitaaliset kaksoset auttavat asettamaan aikataulun niin suurille, monimutkaisille kokonaisuuksille kuin voimalaitokset. Kaikkia suuria moottoreita ja turbiineja on ylläpidettävä säännöllisesti, ja niiden toiminta riippuu voimakkaasti syklisistä prosesseista, joita on hallittava järjestelmällisesti, jotta ne pysyvät toiminnassa. Digitaaliset kaksoset näyttävät olevan välttämättömiä tässä.

Digitaalisten kaksosten edut teollisuudelle

• Riskin vähentäminen

Työntekijöiden sekä ympäristön terveyttä ja turvallisuutta voidaan suojata digitaalisten kaksosten ohjelmiston käytön avulla. Liiketoimintatavoitteet voidaan pitää yllä vähentämällä onnettomuuksia tuotantoprosessin aikana. Digitaalisten kaksosten teknologian avulla on paljon helpompaa välttää kalliita seisokkeja.

• Tuotteiden laatu

Digitaalisten kaksosten teknologian avulla suoritettujen simulaatioiden tarjoaman paremman näkemyksen avulla yritykset voivat parantaa tuotteidensa laatua ja räätälöidä niitä reaaliajassa, kun tarve ilmenee.

• Huoltokustannukset ovat alhaisemmat

Digitaaliset kaksoset tarjoavat yritykselle ennusteita, jotka liittyvät koko tuotantoprosessiin. Tämä mahdollistaa korjausten tai osien vaihtojen aikatauluttamisen ennen kuin mitään rikkoutuu.

Digitaalisten kaksosten tulevaisuuden sovellukset

Digitaalisten kaksosten tulevaisuuden sovelluksille ei ole rajoja. Tällä hetkellä digitaaliset kaksoset oppivat edelleen uusia taitoja, mutta investoitujen rahasummien ja kognitiivisen voiman määrä kasvaa joka vuosi eksponentiaalisesti. Nykyään digitaalisten kaksosten markkinat kasvavat pääasiassa useilla johtavilla aloilla, kuten valmistuksessa, autoteollisuudessa, ilmailussa, energiassa, terveydenhuollossa ja logistiikassa, mutta ennustetaan, että niiden tuleva kehitys kattaa kaikki mahdolliset ihmisen toiminnan alueet.

• Älykkäät kaupungit

Tieteenharjoittajien pääasiallinen syy luoda digitaalisia kaksosia kaupungeille ja kunnille on hiilidioksidipäästöt, joita suurten kaupunkirakenteiden tuottama. On arvioitu, että kaupungit tuottavat noin 70 % hiilidioksidista ja kuluttavat yli kaksi kolmasosaa maailman energiasta. On odotettavissa, että monet kaupungit, kuten Miami, New York, San Diego ja Jakarta, yhdessä merkittävän maa-alueen kanssa Kiinassa ja Intiassa, ovat veden alla vuoteen 2050 mennessä.

Kestävämpi kaupunkikehityksen suunnittelu ja parempi valvonta rakennusteollisuuden käyttämistä ajasta ja resursseista (joka on tällä hetkellä erittäin tehotonta) voivat auttaa vähentämään energian hukkaa ja hiilidioksidipäästöjä ilmakehään. Kaupunkien digitaaliset kaksoset ovat ratkaisu ongelmaan – ne voivat auttaa optimoimaan kaikki urbanisaatioprosessit, kuten suunnittelun, suunnittelun, rakentamisen ja päivittäisen hallinnan. Digitaaliset kaksoset voivat vähentää energian hukkaa, joka johtuu huonosti eristetyistä, vanhoista rakennuksista, sekä vähentää liikenteen virran aiheuttamia päästöjä.

Tällä hetkellä ympäri maailmaa on käynnissä monia kaupunkiprojekteja. Nämä kaupungit eivät vielä omaa digitaalisia kaksosia, mutta ne ovat tulossa, jos hallitukset ja paikalliset valtiot odottavat ylläpitävänsä niitä moitteettomasti. Projektin laajuus on valtava – useimmat suuret kaupungit pyrkivät älykkäiksi ennemmin tai myöhemmin. Intian hallituksen asuntoministeriö on valinnut 100 kaupunkia älykkäiksi vuoteen 2023 mennessä. Osavaltiot ja hallitus ovat projektin pääasiallisia sijoittajia ja aloitteentekijöitä Intian älykkäiden kaupunkien hankkeessa. Kaikkien älykkäiden intialaisten kaupunkien odotetaan mahdollistavan älykkäiden ihmisten osallistumisen ICT:n (mobiilipohjaisten työkalujen) avulla.

Kiina on käynnistänyt enemmän älykkäitä kaupunkiprojekteja – lähes 500. Siellä on 100 johtavaa kaupunkia, joista tunnetuimpia ovat Peking, Shanghai, Shenzhen, Hangzhou, Chengdu ja Wuhan. Useimmat niistä ovat edelleen rakenteilla, mutta odotetaan, että Kiina tulee olemaan ensimmäinen maa maailmassa, joka on täysin älykäs tulevaisuudessa.

Joissakin suurimmista älykkäistä kaupungeista sijaitsee Yhdysvalloissa, ja ne ovat New York, Los Angeles, San Francisco, Phoenix, Salt Lake City, Denver, Miami ja Minneapolis. Lontoo ja Dubai muuttuvat myös älykkäiksi, samoin kuin Pariisi, Jakarta, Melbourne, Barcelona ja Taipei. Kuten näemme, useimmat suurimmista kaupungeista pyrkivät tulemaan älykkäiksi lähitulevaisuudessa, ja kaikilla niillä tulee lopulta olemaan digitaaliset kaksoset.

• Maapallo ja maatalous

Hiilidioksidipäästöjen paremman valvonnan vuoksi Maapallon kaksosta kehitetään. On todettu, että digitaalinen kaksos auttaa ennustamaan ilmaston muutoksia ja ennustamaan näiden muutosten seurauksia. Projekti alkoi vuoden 2021 puolivälissä, ja sen odotetaan kestävän vähintään kymmenen vuotta. Lopulta suunnitellaan täydellinen, erittäin tarkka digitaalinen malli Maapallosta. Maapallon replikan tavoitteena on edustaa kaikkia prosesseja, jotka tapahtuvat Maapallon pinnalla. Ruokaa, vettä ja energiaa seurataan myös tämän kaksosen kautta.

Joissakin digitaalisiin kaksosiin liittyvissä ratkaisuissa käytetään jo maataloudessa viljelykasvien, kuten maissin, vehnän ja soijan, tuotannon tehostamiseksi. Anturit seuraavat säätä ja maan laatua. Luonnonilmiöt, kuten tornadoit, tulvat ja kuivuus, aiheuttavat riskin ruokaturvalle, ja digitaalisten kaksosten teknologian tarjoamat tarkat ennusteet voivat olla ratkaisu maataloudelle.

• Ihmisten digitaaliset kaksoset

Älykkään digitaalisen kaupungin digitaalinen maailma saattaa tarvita digitaalisia inhimillisiä asukkaita menestyäkseen. Ihmisillä voi olla digitaaliset kaksoset, ja teknologia mahdollistaa jo tällaisten entiteettien luomisen. Odotetaan, että ihmisten digitaaliset kaksoset, jotka johtavat digitaalista elämää, tulevat käyttöön ennen vuosikymmenen loppua, mikä on melko pian. Näiden digitaalisten kaksosten ennustetaan ajattelevan ja oppivan todellisista malleista – ihmisistä.

Uhkat ja huolenaiheet

Ihmisten digitaaliset kaksoset voivat olla hyödyllisiä työnantajille, yrityksille ja yhtiöille, mutta olisiko se yhtä hyödyllistä yksittäisille ihmisille? Se voi osoittautua erittäin epäeettiseksi ja haitalliseksi inhimillisille vuorovaikutuksille. Ihmiset, joiden digitaaliset kaksoset oppivat tarvittavat taidot, saattavat korvata ihmiset ja tehdä heistä tarpeettomia. Työnantajat saattavat päättää palkata digitaalisen ihmisen todellisen henkilön sijasta, mikä on vain ymmärrettävää verrattaessa molempien olentojen elinkustannuksia.

Vapauden ja vapaan tahdon loppu. Kaupunkien digitaalisten kaksosten toiminnallisuuksien ylistyksen joukossa on niitä, jotka eivät välttämättä ole lainkaan hyödyllisiä ihmisille. Sanotaan, että hallitukset tai muut hallintoviranomaiset voivat pystyä hallitsemaan kaikkia elämisen elintärkeitä näkökohtia kaupunkitilassa. Digitaalinen kaksos pystyy hallitsemaan liikennevirtaa – mikä tarkoittaa, että joku ei ehkä voi matkustaa haluamaansa paikkaan ja hallita huoneiden ja kansalaisten asuntojen veden lämpötilaa – mikä tarkoittaa, että et ehkä voi enää nauttia pitkistä suihkuista.

Digitaalisten kaksosten teknologian myöntämä valta ja kontrolli tuntemattomille, ennakoimattomille viranomaisille, jotka hallitsevat kaupunkejamme, on liiallista ja vaarallista – on miljoona tapaa rangaista tottelemattomia yksilöitä pelkästään manipuloimalla henkilön välitöntä ympäristöä (palveluiden saatavuuden puute, rajoitettu määrä resursseja, rajoitettu matkustusmahdollisuus).

     

Reaalimaailman ihmiset saattavat olla pakotettuja elämään pienissä, ahtaissa paikoissa, ilman pääsyä luontoon tai muihin elollisiin olentoihin. Kun vähittäiskauppayritykset suunnittelevat siirtymistä virtuaalitodellisuuteen, ostaminen toteutetaan myös virtuaalisten medioiden kautta. Vaikuttaa siltä, että jotkut digitaalisten kaksosten teknologian suurista suunnittelijoista ovat unohtaneet, että ostaminen ei ole vain tavaroiden hankkimista, vaan siihen liittyy enemmän: sosiaalista kanssakäymistä, viihdettä ja virkistystä mielelle.

Tällä hetkellä on olemassa eläviä esimerkkejä älykkäistä kaupungeista, joita voidaan analysoida eettisten ja vapauskysymysten näkökulmasta. Pekingia ylistetään sen maksujärjestelmästä, joka mahdollistaa käteisettömän olemassaolon koko kaupungissa – pitäisikö kaikkien maailman kansalaisten olla pakotettuja omistamaan älylaite? Guangzhou on korvannut henkilökortit älypuhelimilla – järjestelmä on täysin toimiva, mutta se mahdollistaa suuremman kontrollin yksittäisten kansalaisten yli kuin koskaan ennen. Hallitusta kritisoivat ihmiset eivät enää voi piiloutua Guangzhou’ssa.

Kriittisin kysymys digitaalisten kaksosten ja ihmisten digitaalisista kaksosista on linkki ihmisen ja hänen replikan välillä, joka on tarpeen koko prosessille – olisiko se älypuhelin tai muu laite. Muutos digitaaliseen todellisuuteen vaikuttaa olevan tarpeellinen joillakin ihmisen elämän alueilla, mutta digitaalisten kaksosten teknologia on erittäin energiaa kuluttavaa. Pitäisikö meidän kysyä itseltämme, ovatko kaikki digitaalisten kaksosten teknologian sovellukset todella tarpeellisia kaikilla elämänalueilla ja kuka tarkalleen haluaa hyötyä siitä, että ihmisen prototyypit elävät ajattelevien kaksosten kanssa jossain epärealistisessa, epänormaalissa ja täysin hallittavassa maailmassa?

Jos pidät sisällöstämme, liity vilkkaaseen mehiläisyhteisöömme Facebookissa, Twitterissä, LinkedInissä, Instagramissa, YouTubessa, Pinterestissä.