Co jsou digitální dvojčata? Když se Černé zrcadlo stává realitou

Báli jste se při sledování Black Mirror? Přemýšleli jste o budoucnosti s obavami? Máme pro vás zprávu – existuje technologie, která by vás měla přimět k zamyšlení. Nereálný svět Black Mirror se stává realitou. Pojďme si promluvit o digitálních dvojčatech.

Digitální dvojčata – obsah:

1. Co je digitální dvojče?
2. Jaké jsou hlavní typy digitálních dvojčat?
3. Jaký je rozdíl mezi digitálními dvojčaty a simulací?
4. Hlavní oblasti použití digitálních dvojčat
5. Výhody digitálních dvojčat pro průmysl
6. Budoucí aplikace digitálních dvojčat
7. Hrozby a obavy

Co je digitální dvojče?

Digitální dvojče je model ve virtuální realitě, který je navržen tak, aby odrážel jiný fyzický objekt, který existuje ve skutečném světě. Digitální dvojče je přesná replika objektu, nejen obrázek nebo schéma, nebo dokonce simulace objektu, ale replika, která odráží všechny vlastnosti objektu. Replika nebo digitální koncept, který obsahuje informace o skutečném objektu, může být vytvořen a existovat jako objekt sám o sobě a být trvale propojen s jeho fyzickým modelem.

To vše znamená, že koncept digitálních dvojčat obsahuje tři hlavní prvky: reálný prostor se skutečným objektem, virtuální prostor s virtuálními objekty a spojení mezi nimi, které umožňuje neustálý tok informací mezi virtuálním prostorem a reálným prostorem.

Myšlenka využití technologie digitálních dvojčat byla poprvé představena v roce 1991 v publikaci s názvem Zrcadlové světy: nebo den, kdy software vloží vesmír do krabice od bot od počítačového experta z Yale Davida Gelerntera. V publikaci Gelernter tvrdí, že přesné reprezentace světa přístupné prostřednictvím obrazovky počítače budou brzy dostupné každému. Ve své vizi budou lidé schopni interagovat s obrazy stejným způsobem, jakým interagují se realitou, kterou zažívají každý den. Gelernter předpovídá, že počítače budou používány jinak a vysvětluje, jak je možné postavit repliku světa s dnešními technologiemi.

Koncept digitálních dvojčat byl také vyvinut profesorem Michael Grievesem, který je považován za prvního, kdo aplikoval tuto myšlenku v oblasti výroby. Představil koncept v roce 2002 na akci věnované řízení životního cyklu produktu. Původně byl koncept označován jako Model zrcadlových prostor. Jeho články a publikace chválí dokonalost a použitelnost digitálních produktů, které jsou nejen nerozeznatelné od svých skutečných modelů, ale také skvělé pro testování a simulační účely.

Technologie digitálních dvojčat však není tak nová, jak se zdá. NASA používala technologii digitálních dvojčat již v 60. letech během svých vesmírných misí, kdy byly kosmické lodě replikovány na Zemi a používány k testování a výzkumu. Samotný termín „digitální dvojčata“, jak ho chápeme dnes, byl použit specialistou NASA Johnem Vickersem v roce 2010.

Jaké jsou hlavní typy digitálních dvojčat?

Existuje několik typů digitálních dvojčat, ale hlavní rozdíl je v oblasti nebo hloubce aplikace, proto můžeme mluvit o: dílových dvojčatech, majetkových dvojčatech, systémových dvojčatech nebo procesních dvojčatech. Dílková dvojčata jsou velmi základní, malá dvojčata pracovních komponentů. Majetková dvojčata se používají pro takzvané majetky tvořené dvěma samostatnými komponenty, které spolupracují. Majetková dvojčata umožňují pozorování a měření dvou komponentů v akci.

Systémová dvojčata jsou na další úrovni složitosti. Tato dvojčata replikují celé fungující systémy a umožňují studovat větší fyzické objekty. Procesní dvojčata odrážejí práci obrovských systémů, jako jsou továrny nebo jiné velké struktury. Procesní dvojčata pomáhají pozorovat složité interakce a umožňují synchronizaci prvků k dosažení co nejvyšší efektivity provozu.

Jaký je rozdíl mezi digitálními dvojčaty a simulací?

Koncepty simulací a digitálních dvojčat jsou někdy používány v souvislosti se stejnými digitálními objekty, ale jsou to různé věci a základní koncepty jsou odlišné. Simulace je obvykle vytvářena na platformě jako CAD software nebo jiný a nemusí mít žádný vztah k žádnému skutečnému fyzickému objektu.

Digitální dvojče, naopak, musí být vytvořeno ve spojení se skutečným fyzickým objektem. Celý proces vytváření digitálních dvojčat je založen na skutečných datech souvisejících s objektem. Digitální replika je propojena se skutečným objektem prostřednictvím IoT senzorů a získává data v reálném čase, což znamená, že data jsou neustále aktualizována. Tok informací mezi digitálním dvojčetem a objektem je obousměrný. Výsledky procesů, které se v digitálních dvojčatech vyskytují, mohou být použity zpět se skutečným, původním objektem.

Hlavní oblasti použití digitálních dvojčat

Vytváření digitálních dvojčat je stále velmi nákladné a pracné a v současnosti je použití digitálních dvojčat omezeno na určité oblasti. Jsou široce používána v oblastech, jako jsou:

• Městské plánování

Digitální dvojčata měst a obcí mohou zobrazit realistická prostorová data v 3D a 4D systémech. Aplikace dvojčat umožňuje konzistentnější městské plánování prostředí. V současnosti se stále více měst rozhoduje následovat Šanghaj a Singapur a vytvořit svá dvojčata. Všechna data jsou dostupná v reálném čase, což výrazně zlepšuje všechny operace související s návrhem ulic, budov a dopravních systémů. Většina nových měst, která se v poslední době staví na Blízkém východě, má svá digitální dvojčata vytvořena současně.

• Automobilový průmysl

Druhá velmi důležitá aplikace digitálních dvojčat se nachází v automobilovém průmyslu. Automobily mají složitou strukturu, která zahrnuje mnoho systémů, které musí spolupracovat bez rizika poruchy. Digitální dvojčata pomáhají zvyšovat výkon a efektivitu vozidel. V případě automobilů, které fungují s podporou AI, digitální dvojčata umožňují včasnou kontrolu platnosti prognóz.

• Zdravotní péče

Původně byla všechna digitální dvojčata používaná v oblasti zdravotní péče replikami produktů a zařízení. V současnosti se koncept digitálního dvojčete ve zdravotní péči aplikuje na pacienty, kteří potřebují být diagnostikováni a monitorováni. Plně personalizované modely pacientů jsou vytvářeny. Tyto repliky umožňují ukládání a sledování parametrů životního stylu. Digitální dvojčata celé populace umožní větší vyhledávání vzorců.

• Výrobní průmysl

Digitální dvojčata ukazují fungování objektu během celého jeho životního cyklu. První aplikace technologie digitálních dvojčat byla v oblasti výroby. Všechny složité produkty mohou být vyráběny s využitím digitálních dvojčat a ta mohou být využita v každé fázi výroby.

• Elektrárny

Digitální dvojčata pomáhají nastavit plán pro tak obrovské, složité entity, jako jsou elektrárny. Všechny druhy velkých motorů a turbín musí být pravidelně udržovány a jejich provoz silně závisí na cyklických procesech, které musí být řízeny pořádkem, aby zůstaly v provozu. Digitální dvojčata se zde zdají být nepostradatelná.

Výhody digitálních dvojčat pro průmysl

• Snížení rizika

Zdraví a bezpečnost zaměstnanců, stejně jako životního prostředí, mohou být chráněny používáním softwaru digitálních dvojčat. Obchodní cíle mohou být udržovány prostřednictvím snížení nehod během výrobního procesu. S technologií digitálních dvojčat je mnohem snazší vyhnout se nákladným prostojům.

• Kvalita produktů

Díky lepšímu přehledu, který poskytují simulace prováděné prostřednictvím technologie digitálních dvojčat, mohou společnosti zlepšit kvalitu svých produktů a přizpůsobit je v reálném čase, když to bude potřeba.

• Náklady na údržbu jsou nižší

Digitální dvojčata poskytují společnosti předpovědi související s celým procesem výroby. To jim umožňuje plánovat opravy nebo výměny dílů dříve, než něco selže.

Budoucí aplikace digitálních dvojčat

Neexistují žádné limity pro budoucí aplikace digitálních dvojčat. V současnosti digitální dvojčata stále získávají nové dovednosti, ale množství peněz investovaných a množství kognitivní síly roste každý rok exponenciálně. Dnes se trh s digitálními dvojčaty rozrůstá především v několika vedoucích sektorech, jako jsou výroba, automobilový průmysl, letectví, energetika, zdravotní péče a logistika, ale předpokládá se, že jeho budoucí vývoj pokryje všechny možné oblasti lidské činnosti.

• Chytrá města

Hlavním důvodem pro vědce, kteří chtějí vytvořit digitální dvojčata pro města a obce, jsou emise uhlíku, které generují obrovské městské struktury. Odhaduje se, že města produkují přibližně 70 % uhlíku a spotřebovávají více než dvě třetiny světové energie. Očekává se, že mnohá města, jako Miami, New York, San Diego a Jakarta, spolu se značnou plochou země v Číně a Indii, budou do roku 2050 pod vodou.

Udržitelnější plánování městského rozvoje a lepší kontrola nad časem a zdroji, které používá stavební průmysl (v současnosti vysoce neefektivní), mohou pomoci snížit plýtvání energií a emise uhlíku do atmosféry. Digitální dvojčata měst jsou řešením problému – mohou pomoci optimalizovat všechny procesy urbanizace, jako jsou návrh, plánování, výstavba a každodenní řízení. Digitální dvojčata mohou snížit plýtvání energií pocházející z špatně izolovaných, starých budov, stejně jako snížit emise vyplývající z neefektivního dopravního toku.

V současnosti probíhá po celém světě mnoho projektů městských měst. Tato města ještě nemají svá digitální dvojčata, ale je to na cestě, pokud vlády a místní státy očekávají, že je budou udržovat bezchybně. Měřítko projektu je obrovské – většina velkých měst má v úmyslu stát se chytrými dříve nebo později. Ministerstvo bydlení a městských záležitostí vlády Indie vybralo 100 měst, která se mají stát chytrými do roku 2023. Státy a vláda jsou hlavními investory a iniciátory projektu indických chytrých měst. Všechna chytrá indická města by měla umožnit účast chytrých lidí prostřednictvím využití ICT (nástroje založené na mobilních telefonech).

Čína má vyšší počet projektů chytrých měst v provozu – téměř 500. Existuje 100 vedoucích měst, z nichž nejznámější na seznamu jsou Peking, Šanghaj, Shenzhen, Hangzhou, Chengdu a Wuhan. Většina z nich je stále ve výstavbě, ale očekává se, že Čína bude první zemí na Zemi, která bude v budoucnu plně chytrá.

Některá z největších chytrých měst se nacházejí ve Spojených státech, a to jsou New York, Los Angeles, San Francisco, Phoenix, Salt Lake City, Denver, Miami a Minneapolis. Londýn a Dubaj se také stávají chytrými, podobně jako Paříž, Jakarta, Melbourne, Barcelona a Tchaj-pej. Jak vidíme, většina největších měst má v úmyslu stát se chytrými v nejbližší budoucnosti, a všechna z nich nakonec budou mít svá digitální dvojčata.

• Země a zemědělství

Pro další kontrolu nad emisí oxidu uhličitého se vyvíjí dvojče Země. Uvádí se, že digitální dvojče by mělo pomoci předpovědět změny klimatu a předpovědět důsledky těchto změn. Projekt začal v polovině roku 2021 a očekává se, že potrvá alespoň deset let. Na konci bude navržen plný, vysoce přesný digitální model Země. Replika Země má za cíl reprezentovat všechny procesy, které se vyskytují na povrchu Země. Potraviny, voda a energie budou také sledovány prostřednictvím tohoto dvojčete.

Některá z řešení souvisejících s digitálními dvojčaty se již používají v zemědělství k zvýšení produkce plodin, jako je kukuřice, pšenice a sója. Senzory monitorují počasí a kvalitu půdy. Přírodní události, jako jsou tornáda, povodně a sucha, představují riziko pro potravinovou bezpečnost, přesné předpovědi poskytované technologií digitálních dvojčat mohou být řešením pro zemědělství.

• Digitální dvojčata lidí

Digitální svět chytrých digitálních měst může potřebovat digitální lidské obyvatele, aby prosperoval. Lidé mohou mít svá digitální dvojčata a technologie již umožňuje vytváření takových entit. Digitální dvojčata lidí, která povedou digitální život, se očekávají, že budou v používání před koncem desetiletí, což je docela brzy. Tato digitální dvojčata se předpokládají, že budou myslet a učit se od skutečných modelů – lidí.

Hrozby a obavy

Digitální dvojčata lidí mohou být užitečná pro zaměstnavatele, podniky a společnosti, ale bylo by to stejně prospěšné pro jednotlivé lidi? Může se ukázat jako vysoce neetické a škodlivé pro lidské interakce. Digitální dvojčata lidí, která se naučí potřebné dovednosti, mohou nahradit lidi a učinit je nadbytečnými. Zaměstnavatelé se mohou rozhodnout zaměstnat digitálního člověka místo skutečné osoby, což je jen pochopitelné, když porovnáme náklady na život obou bytostí.

Konec svobody a svobodné vůle. Mezi chválou funkcionalit digitálních dvojčat měst jsou i takové, které nemusí být pro lidi vůbec prospěšné. Říká se, že vlády nebo jiné řídící entity mohou být schopny kontrolovat všechny životně důležité aspekty života v městském prostoru. Digitální dvojče bude schopno řídit tok dopravy – což znamená, že se člověk nemusí být schopen dostat tam, kam chce, a řídit teplotu místností a vody používané v bytech občanů – což znamená, že se možná nebudete moci užívat dlouhé sprchy.

Množství moci a kontroly, které technologie digitálních dvojčat poskytuje neznámým, nepředvídatelným autoritám, které budou řídit naše města, je nadměrné a nebezpečné – existuje milion způsobů, jak potrestat neposlušné jednotlivce, jen manipulací s bezprostředním prostředím osoby (nedostatek přístupu k službám, omezené množství zdrojů, omezená schopnost cestovat).

     

Skuteční lidé mohou být nuceni žít na malých, uzavřených místech, bez přístupu k přírodě nebo jiným živým bytostem. Jak maloobchodní společnosti plánují přechod do virtuální reality, nákupy budou realizovány také prostřednictvím virtuálních médií. Zdá se, že někteří z hlavních návrhářů technologie digitálních dvojčat zapomněli, že nakupování není jen o získávání zboží, ale má více společného s: socializací, zábavou a osvěžením pro mysl.

V současnosti existují živé příklady chytrých měst, které lze analyzovat v souvislosti s etickými a svobodnými otázkami. Peking je chválen za svůj platební systém, který umožňuje bezhotovostní existenci po celém městě – budou všichni občané světa nuceni mít chytré zařízení? Guangzhou nahradila občanské průkazy chytrými telefony – systém je plně funkční, ale umožňuje větší kontrolu nad jednotlivými občany, než bylo kdy možné. Lidé kritizující vládu už nemají šanci se v Guangzhou skrýt.

Nejdůležitější otázka ohledně digitálních dvojčat reálného prostoru (města, Země, objekty) a digitálních dvojčat lidí se týká spojení mezi člověkem a jeho replikou, které je pro celý proces nezbytné – bude to chytrý telefon nebo jiný zařízení. Změna do digitální reality se zdá být nezbytná pro některé oblasti lidského života, ale technologie digitálních dvojčat je velmi energeticky náročná. Neměli bychom se ptát, zda jsou všechny aplikace technologie digitálních dvojčat opravdu nezbytné ve všech aspektech našeho života a kdo přesně si přeje mít lidské prototypy žijící s myslícími dvojčaty v nějakém nerealistickém, nepřirozeném a plně kontrolovatelném světě?

Pokud se vám náš obsah líbí, připojte se k naší komunitě pilných včel na Facebooku, Twitteru, LinkedInu, Instagramu, YouTube, Pinterestu.