همزاد دیجیتال زمین ساخته می‌شود

فرادید: دانشمندان اتحادیه‌ی اروپا، برنامه‌ی جدیدی را شروع کرده‌اند که طی آن شبیه‌سازی دیجیتال کل زمین انجام می‌شود تا الگو‌های آب و هوایی آینده مدلسازی شوند و بتوانیم برای رخداد‌های بالقوه خطرناک آینده آماده شویم.

همزاد دیجیتال نمود دیجیتالی یک جسم فیزیکی، فرآیند یا سرویس است. در واقع یک همزاد دیجیتال یک کپی دیجیتال از جسمی در دنیای فیزیکی (مانند موتور جت یا نیروگاه بادی یا حتی مواردی بسیار بزرگ‌تر مانند ساختمان‌ها یا حتی کل شهر) می‌باشد.

همزاد‌های دیجیتال با ورود به فناوری‌های مختلف اینترنت اشیا، تحلیل داده و یادگیری ماشین به توسعه و رفع چالش‌های بسیاری از حوزه‌ها کمک می‌کنند. آن‌ها چالش‌های مختلف را شناسایی می‌کنند، امکان آزمایش نمونه پیش از تولید را می‌دهند و پیش و حین استفاده بسیاری از خطرات و هزینه‌ها را کاهش می‌دهند.

دانشمندان اتحادیه‌ی اروپا، برنامه‌ی جدیدی را شروع کرده‌اند که طی آن شبیه‌سازی دیجیتال کل زمین انجام می‌شود تا الگو‌های آب و هوایی آینده مدلسازی شوند و بتوانیم برای رخداد‌های بالقوه خطرناک آینده آماده شویم. این پروژه «Destination Earth» نام دارد و کاری بسیار بلندپروازانه است که تلاش دارد تا سال ۲۰۵۰ میلادی، اثر کربن بر زمین را از بین ببرد. انتظار می‌رود این پروژه تا ۱۰ سال دیگر شروع به کار کند.

محققین مسئول این برنامه، می‌گویند: «در این پروژه مدلسازی دیجیتال منابع فیزیکی زمین و همچنین پدیده‌های مرتبط با آن مانند تغییرات آب و هوایی، آب‌ها و منابع زیرزمینی، مناطق قطبی و دیگر موارد با دقت بالایی انجام می‌شود و به این ترتیب، کمک می‌کند تا با برنامه‌ریزی دقیق برای جلوگیری از آسیب به محیط زیست، گذار به زمین سبز مقدور شود.»

دانشمندان برای اینکه بتوانند همزاد دیجیتالی زمین را بسازند، از ابرکامپیوتر‌ها و فضای ابری بهره گرفته‌اند تا به این ترتیب هم قدرت پردازش بالایی به‌دست آورند و هم فضا برای نگهداری داده‌های گسترده‌ی خود را داشته باشند. چالشی که در حال حاضر پروژه با آن روبه‌رو است، این است که تا کنون کامپیوتری با قدرت پردازش چنین داده‌هایی ساخته نشده است و اروپا قصد دارد به این زمینه ورود کند و بتواند ابرکامپیوتری بسازد که در هر ثانیه بیش از یک میلیارد محاسبه را انجام دهد.

اروپا برای ساخت این کامپیوتر ۸ میلیارد یورو سرمایه‌گذاری کرده است. طی سال ۲۰۲۱ نسخه‌ی اولیه‌ی همزاد دیجیتالی زمین با ابرکامپیوتر‌های کنونی شروع به کار می‌کند، ولی ادامه‌ی پروژه به زمانی موکول می‌شود که تولید ابرکامپیوتر اصلی به سرانجام برسد. در زمانی که تولید ابرکامپیوتر در حال انجام است، دانشمندان داده‌های مربوط به زمین و فعالیت‌های انسانی را جمع‌آوری می‌کنند و در واقع بانک اطلاعاتی می‌سازند که هر لحظه در حال به‌روزرسانی است.

با شروع به کار کردن این پروژه، دانشمندان می‌توانند شبیه‌سازی‌هایی را در آینده انجام دهند که پارامتر‌های مورد استفاده در آن از قطعیت بالاتری برخوردار هستند و به کمک این شبیه‌سازی‌ها می‌توان با تغییرات آب و هوایی مقابله کرد.

محققین امیدوارند این سیستم جدید در آینده بتواند طوفان‌های سهمگین و دیگر حوادث غیرمترقبه را نیز پیش‌بینی کند و به کمک آن بتوانیم برای مقابله با حوادث طبیعی برنامه‌ریزی کنیم.

همزاد دیجیتال چیست؟

همزاد دیجیتال نمود دیجیتالی یک جسم فیزیکی، فرآیند یا سرویس است. در واقع یک همزاد دیجیتال یک کپی دیجیتال از جسمی در دنیای فیزیکی (مانند موتور جت یا نیروگاه بادی یا حتی مواردی بسیار بزرگ‌تر مانند ساختمان‌ها یا حتی کل شهر) می‌باشد.

از همزاد‌های دیجیتال همچنین برای تکرار فرآیند‌ها به منظور جمع‌آوری داده‌ها برای پیش‌بینی نحوه اجرای آن‌ها مورد استفاده قرار داد. در واقع، یک همزاد دیجیتال برنامه‌ای رایانه‌ای است که با کمک داده‌های واقعی، شبیه‌سازی‌هایی ایجاد می‌کند و عملکرد محصول یا فرآیندی را پیش‌بینی می‌کند.

این فناوری با ادغام اینترنت اشیا، هوش مصنوعی و تحلیل داده خروجی را بهبود می‌بخشد. با پیشرفت یادگیری ماشین و حوزه‌هایی، چون داده‌های کلان استفاده از این الگو‌های مجازی و دیجیتالی تبدیل به اصلی مهم در مهندسی مدرن برای ایجاد نوآوری و بهبود عملکرد شده‌است.

فناوری همزاد دیجیتال چگونه کار می‌کند؟

برای ایجاد یک همزاد دیجیتال متخصصیان ریاضی کاربردی یا علوم داده شروع به تحقیق درباره فیزیک و داده‌های عملیاتی یک شی فیزیکی یا سیستم می‌کنند تا بتوانند مدل ریاضی آن را شبیه‌سازی کنند. توسعه‌دهندگان همزاد‌های دیجیتال، باید از دریافت بازخورد حسگر‌های جمع‌آوری‌کننده داده‌های نسخه واقعی آن توسط مدل رایانه‌ای مجازی اطمینان حاصل کنند. بدین صورت نسخه دیجیتال قادر به تقلید و شبیه‌سازی هر آن‌چه نسخه اصلی در آن زمان دارد خواهد بود.

به طور خلاصه با وجود یک نسخه دیجیتال، روند‌های فناوری استراتژیک بهبود می‌یابند، می‌توان از خرابی‌های سنگین در اشیای فیزیکی جلوگیری کرد و همچنین با استفاده از قابلیت‌های پیشرفته تحلیلی، نظارتی و پیش‌بینی فرآیند‌ها و سرویس‌ها را مورد آزمایش قرار داد.

یک همزاد دیجیتال به اندازه نیاز شما ممکن است پیچیده یا ساده طراحی شود، و متناسب با نوع شبیه‌سازی مقادیر مختلف داده را برای شما تعیین کند.

از همزاد و نمونه اولیه می‌توان برای عرضه بازخود محصول در هنگام تولید استفاده کرد، همچنین می‌تواند نمونه اولیه مدل خود پیش از عرضه نسخه فیزیکی باشد.

مزایا

یک همزاد دیجیتال وابسته به نوع، مکان و زمان استفاده مزایای مختلفی خواهد داشت. به عنوان مثال بهره‌گیری از همزاد دیجیتال در نظارت بر محصولات موجود مانند توربین بادی یا خطوط لوله انتقال نفت هزینه‌های تعمیر و نگهداری را کاهش دهد.

از همزاد‌های دیجیتال همچنین می‌توان برای نمونه‌سازی قبل از تولید، کاهش نواقص محصول و کوتاه شدن زمان عرضه به بازار استفاده کرد. بهبود فرآیند، نظارت بر سطح پرسنل در برابر خروجی و یا همسوکردن یک زنجیره تامین با نیاز‌های تولید و نگهداری از دیگر موارد استفاده این فناوری هستند.

افزایش قابلیت اطمینان و در دسترس بودن از طریق نظارت و شبیه‌سازی برای بهبود عملکرد مزایای مشترک این فناوری در حوزه‌های مختلف است. بدین ترتیب حتی می‌توان خطر عارضه‌های ناگهانی و خرابی‌های برنامه‌ریزی نشده را کاهش داد، با پیش‌بینی این خرابی‌ها هزینه‌های تعمیر و نگهداری کاهش می‌یابد و بدین ترتیب با برنامه‌ریزی نحوه نگه‌داری، تعمیر و سفارش قطعات جایگزین اثرات منفی احتمالی آن‌ها بر تولید کاهش می‌یابند. یک همزاد دیجیتال می‌تواند با تحلیل مدل‌های سفارشی‌سازی‌شده به صورت مستمر بهبود داشته باشد و از طریق آزمون عملکرد در زمان واقعی، کیفیت محصول را تضمین کند.

با همه این مزایا، وجود همزاد دیجیتال در همه حوزه کاربردی نخواهد بود، زیرا ممکن است پیچیدگی‌های کار را افزایش دهد. برخی از چالش‌های صنعت و کسب و کار نیازی به وجود یک همزاد دیجیتال ندارد و بدون سرمایه‌گذاری در این فناوری و صرف هزینه و زمان، برطرف خواهند شد.

کاربرد‌های همزاد دیجیتال

همزاد‌های دیجیتال در حوزه گسترده‌ای از صنایع و کسب و کار‌ها و در کاربرد‌های مختلفی موارد استفاده قرار می‌گیرند. برخی مثال‌های قابل توجه آن در ادامه ذکر شده‌اند:

تولید: به کمک همزاد‌های دیجیتال زمان تولید کاهش یافته و تولید کارامدتر و ساده‌تر می‌شود.

خودروسازی: از یک نمونه همزاد دیجیتال در صنعت خودرو برای جمع‌آوری و تحلیل داده‌های عملیاتی یک وسیله نقلیه به منظور ارزیابی وضعیت آن در نسخه واقعی و اطلاع از پیشرفت‌های محسوس استفاده می‌شود.

فروش: به منظور مدل‌سازی و تقویت تجربه مشتری، چه در سطح یک مرکز خرید و چه برای فروشگاه‌های خاص و بزرگ می‌توان از همزاد‌های دیجیتال استفاده کرد.

مراقبت‌های بهداشتی: همزاد دیجیتال در زمینه اهدای عضو و آموزش جراحی قابل استفاده است. همچنین توانایی مدلسازی جریان افراد به بیمارستان و وجود عفونت و میزان خطر تماس با آن‌ها را دارند.

مدیریت بحران: تغییرات آب و هوایی جهانی تاثیرات بسیاری در سراسر جهان داشته است. با استفاده از همزاد‌های دیجیتال می‌توان با آگاهی از آینده زیرساخت‌هایی هوشمندتر، برنامه‌های واکنشی بحرانی و نظارت بر تغییرات آب و هوایی ایجاد و با این مساله مقابله کرد.

شهر‌های هوشمند: از همزاد‌های دیجیتال همچنین در کمک به شهر‌ها از لحاظ اقتصادی، زیست محیطی و اجتماعی می‌توان استفاده کرد. مدل‌های مجازی قابلیت هدایت برنامه‌ریزی‌ها و ارائه راه‌حل‌هایی برای چالش‌های پیش‌رو در شهر‌های مدرن را می‌دهند. به عنوان مثال با پاسخ‌دهی سریع همزاد در خصوص تخت‌های بیمارستانی در شرایط بحرانی می‌توان از ظرفیت آن‌ها آگاه شد.