Man mano che i nostri sistemi diventano più sofisticati e complessi, anche il modo nel quale li gestiamo e li manteniamo in funzione deve di conseguenza evolvere.
Dunque, ci servono strumenti idonei per soddisfare tutta quella categoria di prodotti animati da software intelligenti. È in questa prospettiva tecnologica che è nato il Digital Twin, in italiano gemello digitale.
Un Digital Twin non è altro che una riproduzione virtuale di un oggetto fisico che offre una panoramica dello stato attuale del prodotto in real time.
Grazie ai modelli predittivi dell’AI, i gemelli digitali sono in grado di prevedere future prestazioni di un asset fisico e possono sperimentare miglioramenti senza doverli testare nella realtà.
Oggi le potenzialità dei Digital Twin sono immense e sono impiegati in molti ambiti economici. Andiamo a scoprire cosa sono i gemelli digitali, che benefici producono e dove trovano uso.
Cosa significa Digital Twin
Come anticipato, un Digital Twin è una rappresentazione virtuale di un qualsiasi prodotto reale, al quale è connesso durante tutto il ciclo di vita. I cosiddetti gemelli digitali nascono dal proliferare di progetti IoT (Internet of Things) e dalla nostra esperienza quotidiana nella realtà digitale (social media).
Da un punto di vista prettamente industriale, il modello associato all’idea di Digital Twin ha il potenziale per modificare radicalmente le fasi di progettazione, produzione, vendita e manutenzione di prodotti particolarmente complessi.
Infatti, un Digital Twin è aggiornato in tempo reale tramite i dati raccolti dai sensori collegati al prodotto fisico e si avvale dell’utilizzo di software di simulazione, apprendimento e ragionamento per dare informazioni e proporre modelli predittivi sulle reazioni future dell’oggetto.
Il gemello digitale di un asset reale è quindi un modello virtuale molto complesso che si comporta come replica esatta e precisa dell’originale fisico. Quest’ultimo può essere qualunque cosa: un ponte, un’automobile, un macchinario, un edificio e molto altro.
Origini e storia del Digital Twin
Il concetto di Digital Twin è stato sviluppato per la prima volta nel 2001 da Micheal Grieves che oggi lavora presso il Florida Institute of Technology.
All’epoca era professore dell’Università del Michigan e durante le lezioni del suo corso di Product Lifecycle Management ne parlava come di un equivalente digitale di un prodotto fisico.
In particolare, sottolineava come con lo sviluppo delle tecnologie informatiche il Digital Twin consenta una gestione migliore dei sistemi, con un risparmio di tempo e costi, sin dalla progettazione.
Sempre secondo Grieves, un Digital Twin ha bisogno di uno spazio virtuale, uno spazio reale e un collegamento del flusso di dati tra spazio virtuale e reale.
Il mondo virtuale è allora specchio di quello reale e per questo lo studioso parlava di Mirrored Spaces Model: la dimensione virtuale e reale rimangono connesse per tutto il ciclo di vita dell’oggetto, ovvero nel corso di tutte le fasi, dalla progettazione fino allo smaltimento.
Inizialmente nelle sue pubblicazioni Grieves si riferisce alla sua proposta come Information Mirroring Model e solo nel 2011 utilizza per la prima volta la parola Digital Twin nel saggio ‘Virtually Perfect: Driving Innovative and Lean Products through Product Lifecycle Management’.
Come funziona il Digital Twin
Un gemello digitale di un prodotto reale è una fonte importantissima di dati ed informazioni per operatori, programmatori ed ingegneri. Tali nozioni vengono ricavate tramite una combinazione di varie tecnologie avanzate come Internet of Things, cloud e Intelligenza Artificiale.
Il Digital Twin è collegato all’asset fisico mediante sensori posizionati su zone vitali per la funzionalità del prodotto. Questi sensori restituiscono dati su differenti aspetti dell’oggetto come energia usata, temperatura, condizioni meteo e altro ancora.
L’analisi delle informazioni ottenute consente di comprenderne il comportamento e di predire in che modo si comporterà in futuro. Non a caso con i gemelli digitali è possibile eseguire test e simulazioni su eventuali problemi di prestazioni e studiare possibili soluzioni e correzioni.
È bene dire che il flusso di dati tra gemello virtuale e oggetto reale è a doppio senso. Ciò significa che il Digital Twin incamera le informazioni per poi offrire utili insight.
Inoltre, ci sarà un unico database in cui saranno contenuti tutti i dati in real time e vi si potrà accedere con facilità da fonti diverse, visualizzando il tutto da un unico punto centralizzato e condiviso.
Perché affidarsi ad un Digital Twin
Il gemello digitale può diventare la copia virtuale di qualunque cosa fisica come persone, luoghi, dispositivi, infrastrutture, processi e altro ancora.
La stessa società di ricerca Gartner aveva previsto che nel 2020 si sarebbero stati 21 miliardi di sensori connessi che avrebbero permesso di avere Digital Twin per miliardi di oggetti.
Tenendo conto dell’impatto delle tecnologie digitali nei vari settori economici, quella dei gemelli digitali è la naturale evoluzione di un percorso di sviluppo per le imprese che puntano alla digital transformation.
Se all’inizio i Digital Twin venivano usati per la gestione di singoli prodotti, oggi sono impiegati anche per sistemi complessi, come nel caso degli smart building.
Non è propriamente la riproduzione virtuale di un edificio, quanto piuttosto un modello del modo nel quale persone e processi interagiscono con gli spazi circostanti.
Questo è solo un piccolo esempio dei benefici che possono derivare dall’uso dei gemelli digitali che offrono una serie di altri vantaggi non indifferenti:
- Ricerca e sviluppo di alta qualità: l’impiego di gemelli digitali assicura fasi di ricerca e progettazione più efficienti, oltre all’estrazione di una ingente quantità di informazioni sugli ipotetici risultati delle prestazioni dei prodotti. Questi insight sono molto utili per le aziende che possono così perfezionare l’oggetto prima che vada effettivamente in produzione.
- Migliore efficienza: anche dopo la messa in produzione di un prodotto, il Digital Twin permette di monitorare costantemente i sistemi produttivi, prestando attenzione a mantenere sempre la massima efficienza per tutto il processo.
- Fine del ciclo vita: i gemelli digitali sono di grande supporto nel decidere la sorte di prodotti ed oggetti che giungono alla conclusione del proprio ciclo di vita e che devono subire un trattamento di riciclaggio o smaltimento. Insomma, un Digital Twin può decidere quali materiali sono recuperabili e quali no.
Usi e applicazioni del Digital Twin
Essendo in grado di garantire una visione in tempo reale di quel che succede ad apparecchi, macchinari ed altre risorse, i gemelli digitali hanno un ruolo strategico nel sostenere la produzione, ridurre i problemi di manutenzione e realizzare prodotti ottimizzati.
Attualmente quasi tutte le grandi multinazionali dell’economia mondiale si stanno avvalendo del contributo di Digital Twin per rendere performante ogni segmento del ciclo produttivo. Ormai questa tecnologia trova largo uso in tanti ambiti differenti ed ecco alcuni dei più importanti.
Industria
Sono tante le imprese manifatturiere che si servono dei gemelli digitali per ricevere dati sulle prestazioni dei macchinari, rilevare malfunzionamenti ed abilitare la manutenzione predittiva. In tal modo non ci saranno interruzioni nella produzione e si potranno avere informazioni anche sul consumo di energia degli apparecchi.
Un esempio è Fameccanica, azienda di produzione di beni di largo consumo che ha sviluppato una virtual room in cui poter riprodurre in 3D i macchinari per migliorare la fase di sviluppo dei prodotti e per formare gli addetti manutentori.
Energia
I motori di grandi dimensioni, come quelli per locomotive e turbine o a reazione, traggono notevoli benefici dai Digital Twin.
Infatti, la società General Electric da diversi anni ha abbracciato l’utilizzo dei gemelli digitali per la manutenzione regolare dei sistemi eolici e la successiva fase post-vendita.
Per esempio, quando una turbina viene venduta, al cliente viene consegnato un Digital Twin. Sul prodotto reale invece sono inseriti dei sensori che comunicano con la turbina virtuale e consentono di ottenere dati su velocità di rotazione delle pale, accensione, attrito e altro.
Sanità
I Digital Twin possono in teoria rivoluzionare anche il mondo sanitario e della medicina, soprattutto per quanto riguarda l’assistenza ai pazienti. Con un gemello digitale del malato si ha una riproduzione tridimensionale del corpo e dei suoi organi per sperimentare procedure ed interventi.
Grazie al Digital Twin si potranno avere informazioni sui pazienti come anamnesi, patologie pregresse, storia familiare e analisi genetiche. Tutto ciò sarà d’aiuto per scegliere terapie mirate per ciascuna persona, indipendentemente dal personale e dalla struttura medica a cui ci si rivolge.
Entertainment
Altra frontiera per l’utilizzo dei gemelli digitali è senza dubbio l’intrattenimento. Allo Spring Gala Festival in Cina 4 persone sono state raggiunte dai rispettivi avatar creati dalla società ObEN.
Con il contributo dell’AI e dell’apprendimento automatico sono state realizzate delle copie virtuali di persone reali. La speranza in futuro è quella di dare vita a versioni digitali di medici, infermieri e insegnanti basati su sistemi AI.
Automotive
Il campo dell’automotive è uno dei vari settori di applicazione dei Digital Twin che risultano di grande utilità per la progettazione e la produzione e per migliorare le prestazioni su strada. Particolarmente attenta all’argomento è Tesla, la quale si serve di tale tecnologia per dare una più efficiente assistenza ai clienti e rendere più performanti i prodotti.
L’azienda di Elon Musk propone un gemello digitale per ogni automobile prodotta. I sensori a bordo trasmettono informazioni al Digital Twin presente in fabbrica e saranno poi analizzate da algoritmi AI.
L’esperienza lato utente è decisamente migliore ed al contempo si possono controllare le condizioni della vettura e se questa ha bisogno di manutenzione.
Retail
La capacità che hanno i Digital Twin di rendere migliore l’user experience li rende idonei ad un ambito commerciale come il retail. Il gemello digitale offre ai rivenditori la possibilità di organizzare magazzini, flussi di materiali, inventari, processi e personale.
I dati relativi agli acquisti dei clienti possono aiutare le imprese a prevedere il comportamento dei consumatori ed impostare strategie personalizzate.
In seguito alla pandemia scoppiata nel 2020, molte delle principali aziende del retail hanno puntato sui gemelli digitali proprio per ovviare ai cambiamenti imposti dal Covid-19.