Gemelo digital: Qué es, cómo funciona, tipos, ejemplos y cómo se crean

gemelo digital

Tema: gemelo digital

Autor: Javi Gracia

En la era digital, la intersección entre el mundo físico y el virtual ha alcanzado nuevos niveles de integración gracias a conceptos innovadores como el gemelo digital. Este enfoque revolucionario ha transformado la manera en que interactuamos con entornos físicos y virtuales, ofreciendo una representación digital precisa de objetos, sistemas o incluso procesos completos.

En este extenso análisis explicamos qué es un gemelo digital, el origen de esta tecnología, su funcionamiento, aplicaciones, tipos, ejemplos, ventajas y cómo crear un gemelo digital.

Qué es un gemelo digital

Un gemelo digital es una réplica virtual precisa de un objeto físico, sistema o proceso. Esencialmente, es una representación digital que refleja con precisión las características, comportamientos y condiciones del objeto físico en el mundo real. Esta representación digital se crea utilizando datos recopilados del objeto físico, que pueden provenir de una variedad de fuentes, como sensores, dispositivos IoT (Internet de las cosas), sistemas de monitoreo, entre otros.

La esencia de un gemelo digital es su capacidad para reflejar el estado y el comportamiento del objeto físico en tiempo real o a lo largo del tiempo. Esto significa que un gemelo digital no es simplemente una imagen estática del objeto físico, sino más bien una entidad dinámica que puede cambiar y evolucionar según las condiciones del mundo real.

Origen de los gemelos digitales

El concepto de gemelo digital se remonta a la década de 1960, cuando la NASA lo utilizó por primera vez para simular misiones espaciales. Sin embargo, su adopción masiva y su popularidad en diferentes industrias se han materializado recientemente gracias al avance de tecnologías como la Internet de las cosas (IoT), la inteligencia artificial (IA) y la computación en la nube.

El término «gemelo digital» fue acuñado por el Dr. Michael Grieves en 2002, quien lo definió como una réplica digital de un producto, proceso o sistema físico que sirve como un gemelo virtual para el diseño, simulación y operación de dicho objeto físico.

Cómo funciona un gemelo digital

Un gemelo digital es una representación virtual precisa de un objeto físico, sistema o proceso. Utiliza datos en tiempo real o históricos para reflejar el estado y el comportamiento del objeto físico de manera digital. Estos gemelos digitales pueden ser estáticos o dinámicos, dependiendo de si representan un estado instantáneo o si simulan cambios a lo largo del tiempo. La integración de sensores y dispositivos IoT permite recopilar datos del mundo real y actualizar el gemelo digital en tiempo real, creando así una representación altamente precisa y actualizada.

La clave para el funcionamiento de un gemelo digital radica en la capacidad de capturar datos del mundo físico mediante sensores y dispositivos IoT, integrar esos datos en un modelo digital y utilizar algoritmos de inteligencia artificial para analizar y simular el comportamiento del objeto físico en diferentes condiciones.

Para qué sirve un gemelo digital: aplicaciones

Los gemelos digitales tienen una amplia gama de aplicaciones en diversas industrias, desde la manufactura hasta la atención médica y la gestión de la cadena de suministro. Algunos de sus usos más comunes incluyen:

Simulación y optimización

Los gemelos digitales permiten simular el rendimiento de sistemas físicos antes de su implementación, lo que ayuda a identificar y corregir posibles problemas antes de que ocurran. Por ejemplo, en la industria manufacturera, se pueden simular procesos de producción para identificar cuellos de botella, optimizar el flujo de trabajo y mejorar la eficiencia general de la planta.

De manera similar, en el sector de la energía, los gemelos digitales se utilizan para simular el funcionamiento de redes eléctricas y optimizar la distribución de energía para minimizar pérdidas y garantizar un suministro confiable.

Monitoreo y mantenimiento predictivo

Al integrar sensores en los objetos físicos, los gemelos digitales pueden monitorear su estado en tiempo real y predecir posibles fallos o necesidades de mantenimiento antes de que ocurran. Esto ayuda a reducir los tiempos de inactividad y los costes de mantenimiento al permitir intervenciones preventivas en lugar de reactivas.

Por ejemplo, en la industria del transporte, los gemelos digitales se utilizan para monitorear el estado de los vehículos y predecir cuándo es necesario realizar mantenimiento para evitar averías costosas y tiempos de inactividad no planificados.

Diseño y desarrollo de productos

Los gemelos digitales facilitan el diseño y desarrollo de productos al permitir a los ingenieros probar diferentes diseños y escenarios en un entorno virtual antes de la producción física.

Esto permite identificar y corregir problemas de diseño de manera temprana, reduciendo los costes y tiempos de desarrollo. Por ejemplo, en la industria aeroespacial, los gemelos digitales se utilizan para simular el rendimiento de aeronaves y optimizar su diseño para mejorar la eficiencia y seguridad.

Entrenamiento y educación

En el ámbito educativo y de entrenamiento, los gemelos digitales se utilizan para simular situaciones y procedimientos, permitiendo a los estudiantes y profesionales practicar en entornos virtuales antes de enfrentarse a situaciones reales.

Esto ayuda a mejorar la calidad del entrenamiento y reduce los riesgos asociados con la experimentación en el mundo real. Por ejemplo, en la industria médica, los gemelos digitales se utilizan para entrenar a cirujanos en procedimientos complejos y para simular escenarios de emergencia para el personal médico.

Tipos de gemelos digitales

Existen varios tipos de gemelos digitales, cada uno adaptado a necesidades específicas:

Gemelos digitales de producto

Representan productos físicos y permiten simular su comportamiento y rendimiento en diferentes condiciones. Por ejemplo, en la industria automotriz, se pueden utilizar gemelos digitales para simular el rendimiento de vehículos en diferentes condiciones de manejo y para optimizar su diseño para mejorar la seguridad y eficiencia.

Gemelos digitales de proceso

Modelan y simulan procesos industriales o comerciales, como líneas de producción, cadenas de suministro o sistemas logísticos. Por ejemplo, en la industria de alimentos y bebidas, se pueden utilizar gemelos digitales para simular el flujo de producción y optimizar la eficiencia de la cadena de suministro para garantizar una entrega oportuna de productos frescos.

Gemelos digitales de sistema

Simulan sistemas complejos, como infraestructuras urbanas, redes de energía o sistemas de transporte, permitiendo una gestión más eficiente y optimizada. Por ejemplo, en el ámbito de las smart cities, se pueden utilizar gemelos digitales para simular el flujo de tráfico y optimizar la gestión de semáforos para reducir la congestión y mejorar la movilidad urbana.

Usos de un gemelo digital: ejemplos

Manufactura inteligente

En la industria manufacturera, los gemelos digitales se utilizan para simular y optimizar procesos de producción, reducir los tiempos de inactividad y mejorar la eficiencia general de la planta. Por ejemplo, en una fábrica de automóviles, se pueden utilizar gemelos digitales para simular el ensamblaje de vehículos y optimizar el flujo de trabajo para maximizar la producción y minimizar los costos.

Salud y medicina

En el sector de la salud, los gemelos digitales se utilizan para simular y planificar cirugías, diseñar prótesis personalizadas e incluso para entrenamiento médico en entornos virtuales. Por ejemplo, en la cirugía cardíaca, se pueden utilizar gemelos digitales para simular el procedimiento y practicar en un entorno virtual antes de realizar la cirugía en un paciente real, lo que ayuda a reducir los riesgos y mejorar los resultados.

Smart Cities

En entornos urbanos, los gemelos digitales ayudan a gestionar y optimizar infraestructuras como sistemas de transporte, redes de energía y gestión de residuos, mejorando la calidad de vida de los ciudadanos. Por ejemplo, en una ciudad inteligente, se pueden utilizar gemelos digitales para simular el flujo de tráfico y optimizar la sincronización de semáforos para reducir la congestión y mejorar la movilidad urbana.

Automatización de procesos industriales

En la industria, los gemelos digitales se utilizan para controlar y optimizar procesos de producción, monitorizando variables clave y ajustando parámetros en tiempo real para maximizar la eficiencia y reducir los costos. Por ejemplo, en una planta de fabricación de productos químicos, se pueden utilizar gemelos digitales para monitorear el rendimiento de los equipos y ajustar las condiciones de operación para garantizar la seguridad y eficiencia del proceso.

Ventajas y beneficios de los gemelos digitales

Los gemelos digitales ofrecen una serie de ventajas significativas:

Optimización de procesos

Permiten identificar y corregir ineficiencias en sistemas físicos antes de que se conviertan en problemas mayores. Al simular diferentes escenarios y condiciones, los gemelos digitales permiten a las empresas identificar áreas de mejora y tomar medidas proactivas para optimizar su funcionamiento.

Eliminacion o reducción de costes

Al predecir fallos y necesidades de mantenimiento, los gemelos digitales ayudan a eliminar gastos o disminuir los costes de operación y mantenimiento al permitir intervenciones preventivas en lugar de reactivas. Además, al optimizar procesos y mejorar la eficiencia, los gemelos digitales pueden ayudar a reducir los costes de producción y mejorar la rentabilidad.

Mejora de la productividad

Al analizar datos en tiempo real y simular diferentes escenarios, los gemelos digitales ayudan a identificar tendencias, patrones y oportunidades que de otra manera podrían pasar desapercibidas. Gracias a ello, las empresas pueden detectar lo que funciona de forma ineficaz (procesos duplicados, imprecisos o que bloquean o ralentizan la actividad) y lo que funciona de forma óptima.  De esta manera se aumenta la eficiencia operativa y la productividad.

Toma de decisiones basada en datos

Los gemelos digitales proporcionan información en tiempo real sobre el estado y el rendimiento de los sistemas físicos, lo que permite a las empresas tomar decisiones más informadas, fundamentadas, rápidas y precisas. De este modo, la empresa puede estar más preparada de cara a posibles cambios, novedades y necesidades y, por tanto, ser más competitiva.

En qué sectores e industrias se utilizan los gemelos digitales

Los gemelos digitales se utilizan en una amplia variedad de sectores e industrias, incluyendo:

Manufactura

Para optimizar procesos de producción y mejorar la calidad de los productos. Los gemelos digitales permiten simular y optimizar líneas de producción, identificar cuellos de botella y mejorar la eficiencia general de la planta.

Salud

Para simular procedimientos médicos, diseñar tratamientos personalizados y entrenar a profesionales médicos en entornos virtuales. Los gemelos digitales ayudan a mejorar la precisión y seguridad de los tratamientos médicos y reducir los riesgos asociados con la cirugía.

Transporte y logística

Para optimizar la gestión de flotas, rutas de transporte y seguimiento de mercancías. Los gemelos digitales permiten simular el flujo de tráfico, identificar rutas óptimas y minimizar los tiempos de entrega.

Energía y utilities

Para gestionar y optimizar redes de energía, distribución de agua y gestión de residuos. Los gemelos digitales ayudan a mejorar la eficiencia energética, reducir las pérdidas y garantizar un suministro confiable de servicios públicos.

Construcción

Para planificar y gestionar proyectos de construcción, simular el rendimiento de edificios y optimizar la eficiencia energética. Los gemelos digitales ayudan a reducir los costes de construcción, mejorar la calidad de los edificios y minimizar el impacto ambiental de los proyectos.

Cómo crear un gemelo digital

Crear un gemelo digital requiere una combinación de tecnologías como IoT, IA y modelado 3D. Los pasos básicos para crear un gemelo digital son:

Recopilación de datos

Se recopilan datos del objeto físico utilizando sensores y dispositivos IoT. Estos datos pueden incluir información sobre temperatura, presión, velocidad, humedad, ubicación, estado de funcionamiento, entre otros.

Modelado 3D

Los datos recopilados se utilizan para crear un modelo digital tridimensional del objeto físico utilizando software de modelado 3D. Esto pueden incluir la creación de geometrías, texturas, materiales y propiedades físicas del objeto.

Integración de datos

Los datos recopilados se integran en el modelo digital para crear un gemelo digital preciso. Esto implica calibrar los sensore y alinear y sincronizar los datos con el modelo para asegurar que la representación digital refleje con precisión el estado y el comportamiento del objeto físico en el mundo real.

Análisis y simulación

Una vez creado el gemelo digital, se pueden realizar análisis y simulaciones para comprender mejor el comportamiento del objeto físico en diferentes condiciones. Esto puede implicar la ejecución de escenarios hipotéticos, la evaluación de riesgos, la optimización de procesos y la predicción de resultados futuros.

Actualización en tiempo real

El gemelo digital puede actualizarse en tiempo real a medida que se recopilan nuevos datos del objeto físico. Esto garantiza que la representación digital permanezca precisa y actualizada a medida que cambian las condiciones en el mundo real.

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *