Cuando diseñamos máquinas para un mundo tan interconectado como el que vivimos actualmente y a medida que nuestros sistemas se vuelven más complejos, la forma en que los desarrollamos, gestionamos y mantenemos debe evolucionar también. 

Y es que, necesitamos herramientas para hacer frente a las nuevas realidades donde la irrupción de lo digital es más que evidente. Aquí es donde entran en juego los gemelos digitales, copias exactas de objetos, que vamos a poder analizar para sacarles el máximo partido y aplicarlo al gemelo de la vida real. 

Creamos una copia perfecta a pruebas de errores y con la mayor eficiencia y menos costes posibles. Los gemelos digitales nos permitirán ver lo que está ocurriendo, o lo que puede ocurrir, con los objetos físicos que ya existen y, lo que es aún mejor, con los del futuro, creando escenarios hipotéticos.

• ¿Qué es un gemelo digital?
• ¿Dónde y cuándo surge este término?
• ¿Cómo funciona la tecnología de un gemelo digital?
• Diferencias entre los gemelos digitales y las simulaciones
• Los grandes beneficios de los gemelos digitales
• Aplicaciones en la actualidad de los gemelos digitales
• ¿Qué retos se presentan de cara al fututo?

¿Qué es un gemelo digital?

Un Digital Twin o gemelo digital es una representación digital de un objeto, proceso o servicio físico. Este puede ser una réplica digital de un objeto del mundo físico, como un motor de avión o unos parques eólicos, o elementos más grandes, como edificios o incluso ciudades enteras.

La tecnología de los gemelos digitales es, en esencia, un programa informático que utiliza datos del mundo real para crear simulaciones que puedan predecir el rendimiento de un producto o proceso. Estos programas integran el internet de las cosas, la inteligencia artificial y la analítica de software para mejorar el resultado.

En definitiva, crear uno puede permitir mejorar las estrategias tecnológicas, prevenir fallos muy costosos en los objetos físicos y también, mediante el uso de sus capacidades predictivas y monitorización, testear procesos y servicios.

Cualquiera que mire el gemelo digital puede ver información crucial sobre el funcionamiento del objeto físico en el mundo real.

¿Dónde y cuándo surge este término?

Pese a que el concepto como tal nace en 1991 y es presentado en una conferencia en 2002, es la NASA la primera en adoptar el término de gemelo digital. 

Y es que, estos usaron la idea para crear simulaciones digitales de cápsulas y naves espaciales para comprobar si realmente merecía la pena crearlas.

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¿Cómo funciona la tecnología de un gemelo digital?

Como ya hemos explicado, un digital twin es un modelo virtual diseñado para reflejar con exactitud un objeto físico. Si ponemos como ejemplo un aerogenerador como objeto de estudio, este modelo se equipará con varios sensores relacionados con áreas vitales de funcionalidad. 

Estos sensores aportarán datos sobre diferentes aspectos del aerogenerador, como la producción de energía, la temperatura o cómo le afectarán las condiciones meteorológicas, para luego enviarlos a un sistema que los procesa y los aplica a la copia digital. 

Una vez que se dispone de estos datos, el modelo virtual puede utilizarse para realizar pruebas, estudiar problemas de rendimiento y generar potenciales mejoras, todo ello con el objetivo de generar valiosos conocimientos, que luego pueden aplicarse de vuelta al aerogenerador de la vida real. 

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Diferencias entre los gemelos digitales y las simulaciones

Una vez ya hemos comprendido qué es y cómo funciona, puede parecer que estemos hablando de las tan conocidas simulaciones. Pues bien, no tienen nada que ver. Aunque tanto las simulaciones como los gemelos digitales utilizan modelos digitales para reproducir los distintos procesos de un sistema, un gemelo digital es en realidad un entorno virtual, lo que lo hace mucho más rico para su estudio.

Por lo tanto aquí ya entra una gran diferencia de escala. Mientras que una simulación suele estudiar un proceso concreto, un gemelo digital puede ejecutar cualquier número de simulaciones útiles para estudiar múltiples procesos. Es como si desarrollásemos un mundo paralelo en el que queremos comprobar cómo funciona ese aerogenerador y se relaciona con millones de variaciones.

Las diferencias no acaban ahí. Por ejemplo, las simulaciones no suelen ofrecer datos en tiempo real. Sin embargo, los gemelos digitales están diseñados para recibirlos, por un lado, cuando los sensores los proporcionan y los envían al procesador del sistema y luego cuando estos conocimientos creados por el procesador se pasan al modelo.

Los gemelos digitales son capaces de estudiar más cuestiones desde muchos más puntos de vista que las simulaciones estándar, con un mayor potencial final para mejorar los productos y los procesos.

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Los grandes beneficios de los gemelos digitales

Es importante recalcar que los beneficios de un gemelo digital difieren según cuándo y dónde se utilice, ya que sus ventajas son casi infinitas. Por ejemplo, utilizarlo para supervisar productos que ya existen, como una turbina eólica o un oleoducto, puede reducir el coste y complejidad de mantenimiento, mediante la predicción de fallos antes de que se produzcan y reducir defectos.

Con todo esto, los beneficios más comunes son el aumento de la fiabilidad y la utilidad, mediante la supervisión y la simulación para mejorar el rendimiento.

También pueden reducir el riesgo de accidentes y el tiempo de inactividad no planificado por fallos, reducir los costes de mantenimiento y garantizar que los objetivos de producción no se vean atrasados por un proceso de mantenimiento, una reparación y o el pedido de piezas de repuesto.

Una gran ventaja de la que se habla poco pero que es realmente novedosa es que estos pueden incluso ayudar a los fabricantes a decidir qué hacer con los productos cuando llegan al final de su ciclo de vida. Mediante el uso de gemelos digitales, se puede determinar qué materiales del producto pueden ser aprovechados y así reciclarlos.

Aplicaciones en la actualidad de los gemelos digitales

Los gemelos digitales ya se utilizan ampliamente en las siguientes aplicaciones:

1. Equipos de generación de energía: para ayudar a establecer los plazos de los mantenimientos necesarios de forma regular.

2. Estructuras y sistemas: son útiles para diseñar los sistemas que operan dentro de esas estructuras, como los sistemas de climatización.

3. Operaciones de fabricación: se pueden emplear en todas las etapas de fabricación de un producto, guiándonos desde el diseño hasta el producto terminado.

4. Servicios sanitarios: para hacer, por ejemplo, un seguimiento de diversos indicadores de salud y generar información clave del paciente. También encontramos la modelización de hospitales para determinar los flujos de trabajo y las capacidades del personal, con el fin de encontrar mejoras en los procedimientos.

5. Industria del automóvil: para mejorar el rendimiento de los vehículos y aumentar la eficiencia en su producción.

6. Planificación urbana: pueden mostrar datos espaciales en 3D y 4D en tiempo real y también incorporar sistemas de realidad aumentada en entornos ya construidos o potenciales para generar nuevas ciudades.

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¿Qué retos se presentan de cara al fututo?

Dado que puede utilizarse en una amplia gama de sectores, desde la automoción hasta la sanidad y la generación de energía, ya se ha utilizado para resolver un gran número de retos, como, por ejemplo, las pruebas de fatiga y resistencia a la corrosión de las turbinas eólicas en alta mar o la mejora de la eficiencia de los coches de carreras

En cuanto al futuro, es casi ilimitado. Los gemelos digitales están aprendiendo constantemente, gracias al machine learning, nuevas habilidades y capacidades, lo que significa que pueden seguir generando los conocimientos necesarios para mejorar los productos y hacer más eficientes todo tipo de procesos.

Ahora bien, cabe destacar que aunque sus beneficios son más que evidentes, su uso no está garantizado para todos los fabricantes o todos los productos que quieran ser creados, ya que no todos los objetos son lo suficientemente complejos como para necesitar su implementación.

Tampoco siempre merece la pena, desde el punto de vista financiero, ya que lógicamente hay que invertir una gran cantidad de recursos extra para la creación de un gemelo digital.

Pese a todo esto, queda claro que son clave para el desarrollo a gran escala de la Industria 4.0, ya que permite la automatización, el intercambio de datos y la unión de los procesos de fabricación, además de reducir los riesgos.

En 2020, el mercado de los gemelos digitales estaba valorado en 3.000 millones de euros. Algunos analistas de la industria especulan que podría seguir aumentando considerablemente hasta, al menos, el año 2026, ascendiendo a una cifra estimada de 45.000 millones de euros.

Y es que, con el avance del aprendizaje automático y factores como el big data, estos modelos virtuales ya se han convertido en un elemento básico de la ingeniería moderna para impulsar la innovación y mejorar el rendimiento.