Gemelos digitales
La simulación tiene más de 40 años de estar disponible como herramienta poderosa y barata para resolver problemas complejos. Yo, personalmente, construí uno en 1980 para simular el comportamiento de un sistema de búsquedas con diferentes cargas de usuarios y características del equipo utilizado.
En total, tenía más de 25 parámetros que se podían variar para analizar los cambios resultantes en el desempeño del sistema. La tecnología de la época no permitía hacerlo en línea, mucho menos en tiempo real.
El valor de un simulador es obvio en problemas, como el desempeño de motores de reacción o el comportamiento de un sistema vial. El simulador de un motor nos permite analizar cómo se comportaría en diferentes ambientes atmosféricos, con diferentes combustibles, a diferentes alturas, etc., sin incurrir en costos o riesgos inaceptables.
El simulador de un sistema vial ayuda a anticipar cuándo y dónde se produciría el caos si se cierra un puente, así como el tamaño y costo del caos, lo cual hace sencillo determinar el valor aceptable de evitarlo.
Los gemelos digitales son simuladores conectados, con internet de las cosas (IoT, por sus siglas en inglés), al sistema que está siendo simulado. Esto es, un sistema físico que capta datos con sensores inteligentes y un sistema digital (gemelo) conectado a los mismos sensores y por lo tanto captando los mismos datos.
Beneficios.
Gracias a la configuración, los dos sistemas funcionan en paralelo y arrojan los mismos resultados cuando todo está funcionando normalmente. Pero si el sistema físico se aparta (o está a punto de apartarse) del funcionamiento normal, el gemelo digital predice las alternativas.
Por ejemplo, si hubiera un gemelo digital reproduciendo el comportamiento de un sistema de reservaciones, el sistema tiene sensores que indican cuándo llega un cliente, cuándo se va, si se concreta o no la reservación y cuál asiento se reserva.
El gemelo digital recibe los mismos datos en tiempo real, lo cual posibilita ver qué pasaría con el tiempo de respuesta si en los próximos minutos entrara al sistema el doble de usuarios, o qué pasaría con el número de reservaciones exitosas si los usuarios perdieran la paciencia debido a esperas de más de un minuto, o si estarían dispuestos a esperar dos o tres minutos.
Máquinas en un proceso de producción también pueden tener gemelos digitales con sensores que miden no solo la cantidad de piezas producidas en tiempo real, sino también la temperatura y la presión registrada en cada máquina, las intervenciones de operarios humanos, cada cuánto se fabrican y con qué fines, la velocidad con que se despejan del suelo los objetos producidos, etc.
En un ambiente como este, el gemelo digital brinda la información necesaria para optimizar el desempeño operacional, pero también optimiza el diseño de futuras plantas o máquinas.
Si bien es una tecnología relativamente nueva, existen ejemplos en numerosas industrias. En algunas, como la aeroespacial, dado el costo, los simuladores siempre se han empleado. Al principio, eran físicos, pero pronto se tornaron digitales y redujeron la necesidad de producir caros prototipos, y aceleraron el proceso de diseño y producción.
Usos prácticos.
En la industria de la construcción, utilizan el gemelo digital de un edificio para monitorear el desempeño en tiempo real, lo cual permite detectar problemas muy temprano, pero sobre todo brinda información valiosa para futuras edificaciones.
La industria de la logística y la cadena de suministros emplean los gemelos para analizar el desempeño de diferentes empaques y las diferentes configuraciones de las bodegas y la ubicación de estas. En la industria de la salud, se usan para medir el desempeño operacional de hospitales y personalizar el desarrollo de medicamentos.
La administración de la red vial se beneficia muchísimo de los gemelos digitales, ya que permite observar en tiempo real las congestiones (causadas por accidentes o manifestaciones, por ejemplo) y planear estrategias al mismo tiempo para resolver problemas que suelen conllevar un costo enorme para la comunidad.
La industria automotriz utiliza los gemelos digitales de manera intensiva para el diseño y la producción. Para los vehículos autónomos se desarrolló la tecnología de radares láser (lidar) capaces de detectar formas en tres dimensiones alrededor del vehículo en tiempo real.
Esta misma tecnología se está utilizando en la construcción de gemelos digitales en algo que se ha dado por llamar “captura de la realidad”, en la que de manera muy rápida se alimenta al gemelo el diseño detallado de una fábrica, o si el lidar se coloca en un dron se determina de manera muy rápida y certera el diseño de una red vial o de una máquina grande o pequeña, simple o compleja.
Supongo que la realidad así percibida debe ser completada manualmente con datos, pero el esfuerzo y tiempo reducidos son valiosos.
Desde que comenzaron a construirse los simuladores (a mediados del siglo pasado), hemos aprendido que tal vez el mayor valor del proceso no sean los resultados que arroja cuando se ejecuta la simulación, sino lo que se aprende del sistema o proceso mientras es modelado.
Los métodos matemáticos y estadísticos que se utilizan son básicamente los mismos, pero las herramientas disponibles son infinitamente mejores. Yo nunca he entendido por qué en Costa Rica no hemos aprovechado más el recurso de la simulación.
La simulación tiene más de 40 años de estar disponible para resolver problemas complejos