«Houston, tenemos un problema»
Esta frase que ya forma parte de la historia, y que a la mayoría nos suena familiar aunque pertenezcamos a otra generación, se utilizó por los astronautas a bordo de la nave espacial Apolo13 después de que explosionara un tanque de oxígeno en la misma, dos días después de que comenzará su misión espacial de aterrizar en la luna, cuyo lanzamiento había tenido lugar el 11 de abril de 1970. Durante días, este acontecimiento fue mundialmente seguido por millones de personas para saber la suerte que les depararía a los 3 astronautas a bordo de la nave. Mientras tanto, desde la NASA se dedicaron a generar a contrarreloj una réplica digital mediante simuladores controlados por ordenador que replicarían las condiciones que se estaban produciendo en el espacio. Este modelo, que era fiel a la realidad, les permitía predecir el comportamiento que tendría la nave en el espacio para encontrar la solución más adecuada para poder traer de vuelta a la tripulación. Se podría decir que esta fue la primera aproximación hacia el concepto de gemelo digital.
Existen muchas definiciones diferentes del concepto de gemelo digital, o Digital Twin en su nombre en inglés, una de las primeras fue dada por Michael Grieves, experto en la gestión del ciclo de vida de los productos, cuya definición estaba centrada en la comparación virtual entre lo que se había producido con el diseño previo del producto, con el objetivo de mejorar los procesos de producción1. El campo de aplicación de los gemelos digitales es muy amplio, así como sus definiciones posibles, pero en términos generales podemos considerar que un gemelo digital es la representación digital de un activo físico, o de un proceso o sistema, del mundo físico real.
Los gemelos digitales se basan en la fidelidad de los mismos con la realidad, con el mundo físico, que nos permitan realizar predicciones futuras y optimizaciones en los mismos, donde se pretende que ambos ecosistemas, el del mundo físico y el ecosistema del gemelo digital (con la representación del mundo virtual), co-evolucionen entre sí, es decir, que se vean afectados el uno al otro y de un modo sincronizado. Esto es posible debido a que ambos modelos están conectados automáticamente de un modo bi-direccional. Cuando se produce solo la conexión automática de un modo uni-direccional, y que iría del modelo real existente en el mundo físico al modelo digital del mundo virtual, no podemos llamarlo como tal un gemelo digital, para estos casos recibiría el nombre de sombra digital. Un modelo digital por sí solo no podría considerarse un gemelo digital si no existe conexión automática entre el mundo físico y el virtual. El uso de Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) junto con las técnicas de Inteligencia Artificial, entre ellas el aprendizaje automático o Machine Learning, permiten al gemelo digital aprender, predecir y simular comportamientos futuros para mejorar su operación.
Y todo esto del gemelo digital, ¿para qué?
El uso de los gemelos digitales se puede utilizar en numerosos campos, por ejemplo en las líneas de fabricación industrial, para mejorar los procesos de producción, o aspectos como su sostenibilidad energética y ambiental, campos en los que proyectos como ECOFACT están trabajando actualmente. Otro uso de los gemelos digitales se podría dar en las ciudades inteligentes o Smart Cities, gracias a lo cual se podría mejorar la gestión vial, la recogida de residuos, etc. A nivel edificio puede ser útil su aplicación tanto a nivel terciario (aquellos edificios dedicados al sector servicios) como puede ser un aeropuerto (donde se podría utilizar para predecir y gestionar más adecuadamente el edificio basándose en patrones de uso, asociados al tráfico aéreo programado) así como un edificio comercial o industrial, centrándonos en este caso en el edificio en sí, y no tanto en la línea de producción comentada anteriormente. A nivel residencial, el uso de gemelos digitales del edificio nos podrían ser también de gran utilidad, ya que podríamos predecir el comportamiento térmico del mismo, asociado a patrones de uso, para mejorar el acondicionamiento térmico del ambiente interior y minimizar el consumo de energía.
Desde CARTIF llevamos ya tiempo trabajando en la creación de modelos digitales de edificios basados en BIM (Building Information Modelling), con diferentes propósitos, como puede ser la mejora de la toma de decisiones a la hora de realizar proyectos de renovación profunda de edificios, con la finalidad de obtener la renovación más adecuada y conseguir una reducción de tiempo y coste en los mismos, con proyectos como OptEEmAL o BIM-SPEED. Estos modelos BIM, funcionarían como un facilitador para la integración de los sistemas estáticos (mundo físico) y dinámicos (mundo lógico proveniente de datos de redes IoT-Internet of Things) de un edificio, además de proporcionar el control en todas las fases del ciclo de vida de un edificio, desde su diseño, construcción, comisionado de sistemas, la fase de operación y mantenimiento, así como la posible demolición.
El reto que tenemos por delante en los próximos años, centrado en conseguir ciudades climáticamente neutras, que sean más sostenibles, funcionales y también inclusivas, hace que el uso de los gemelos digitales pueda ser de gran ayuda y vayan a ser cada día más utilizados y aplicados en estos ámbitos.
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