Gemelos digitales: la revolución de las réplicas inteligentes llega a su hora decisiva

La prehistoria de los gemelos digitales podría resumirse en una frase: “Houston, tenemos un problema”. La pronunció Jack Sigwert, tripulante del Apolo 13, en abril de 1970, instantes después de constatar que se había producido una explosión en uno de los tanques de oxígeno del módulo de la nave.

Sigwert se expresó con la calma gélida de un profesional curtido en mil batallas, pero aquella frase parecía el preludio de una catástrofe inevitable. Los astronautas, cegados por el resplandor de la explosión y aturdidos por el ruido de los sensores de alarma, no podían hacer una estimación adecuada de los daños causados en el módulo, pero todo apuntaba a que se enfrentaban a una situación crítica que ponía en peligro tanto la misión como su propia supervivencia.

 

Por suerte para ellos, la NASA contaba ya en 1970 con simuladores de vuelo que, en la práctica, venían a ser réplicas virtuales bastante exactas los aparatos enviados más allá de la órbita terrestre. Naves gemelas, en el argot de la agencia espacial estadounidense. Haciendo uso de uno esos simuladores (el más completo de los 15 disponibles, bautizado como Módulo Lunar de Servicio), los ingenieros pudieron ajustar los parámetros de vuelo y diseñar, a 330.000 kilómetros de distancia, un protocolo de emergencia que permitió a los astronautas volver a la Tierra sanos y salvos.

Aquel Módulo Lunar es el primer gemelo digital del que se tiene constancia, el antepasado directo de estos digital twins que ahora mismo constituyen una de las principales tecnologías disruptivas de la llamada cuarta revolución industrial o modelo industrial 4.0. En aquella ocasión, la prensa publicó, erróneamente, que el simulador utilizado era una réplica física exacta de la nave enviada a la Luna, pero lo cierto, tal y como explicaba Gene Kranz, director de vuelo del Apolo 13 y principal responsable de la operación de rescate, es que “lo único real eran la cabina y las consolas de control, el resto había sido recreado virtualmente haciendo uso de supercomputadoras, algoritmos y técnicos de muy alto nivel”.

Era una ilusión informática, en definitiva. Pero tan útil y tan fiable que sirvió para prever con exactitud cómo iba a comportarse en condiciones excepcionales el objeto al que servía de réplica.

Eso son los digital twins. Copias virtuales dinámicas de objetos reales que tienen el mismo aspecto y se comportan de la misma manera que sus equivalentes en el mundo real. La NASA llevaba replicando turbinas, tanques de oxígeno y cabinas de vuelo desde 1960, pero los simuladores de vuelo creados para la misión Apolo 13 supusieron un salto cualitativo que muy pronto se adaptaría a otros ámbitos. A mediados de los 70, las principales centrales nucleares de los Estados Unidos disponían ya de réplicas virtuales de elementos clave de sus instalaciones, como los reactores.

La principal ventaja es que una réplica así puede observarse, analizarse y someterse a pruebas de estrés, lo que la convierte en un elemento muy útil para desarrollar protocolos de seguridad y prever posibles accidentes. Los 80 trajeron otro paso evolutivo, con la introducción de herramientas de diseño informático como los programas CAD 2D, que hicieron que las réplicas fuesen mucho más exactas desde el punto de vista gráfico. Sin embargo, el par de peldaños decisivos en el desarrollo de esta tecnología no llegarían hasta el final de la primera década de nuestro siglo.

Desde el punto de vista gráfico, empezaron a adoptarse sistemas paramétricos de modelado y simulación en tres dimensiones cada vez más sofisticados, como los que se utilizan en el ámbito de la construcción, la arquitectura y el diseño. Y desde el operativo, el desarrollo de la minería de datos y el internet de las cosas (IoT, por sus siglas en inglés) ha permitido que los digital twins modernos reproduzcan con precisión y en tiempo real el comportamiento de los objetos que simulan, lo que los convierte, ahora sí, en perfectos gemelos.

En los últimos años, esta tecnología de simulación avanzada ha dejado de ser coto exclusivo de centrales nucleares o agencias aeroespaciales. Ahora mismo, realizar una réplica básica pero perfectamente operativa de casi cualquier objeto o superficie resulta relativamente sencillo y económico. Los digital twins se crean escaneando los objetos que se quieren reproducir o haciendo uso de sistemas de modelado de información como BIM, GIS o CAD 3D. Una vez realizada la reproducción virtual, se conecta con el objeto físico añadiendo los datos que se obtienen en tiempo de real de este y de su entorno mediante un sistema de sensores y medidores.

Las aplicaciones potenciales son múltiples. Para empezar, el modelo ofrece la posibilidad de disponer de información contextualizada. Supongamos que acabamos de crear un gemelo digital de una fábrica. Ni siquiera es imprescindible que se trate de una recreación tridimensional con un hiperrealista nivel de detalle, una representación esquemática sería suficiente. Con ella, podríamos recorrer virtualmente los espacios simulados comprobando en tiempo real datos como la presión, la temperatura o las lecturas de los distintos aparatos.

Esa posibilidad de monitorización cómoda, intuitiva y a distancia de unas grandes instalaciones sería el beneficio más obvio, pero habría otros muchos. A medida que el modelo va acumulando datos, puede utilizarse para optimizar procesos, detectar ineficiencias y problemas recurrentes o realizar simulaciones detalladas a partir de hipótesis de trabajo que sería difícil (o imposible) someter a prueba empírica en el mundo real. Un gemelo digital permite, por ejemplo, simular cómo reaccionaría el reactor de una central nuclear en caso de que se produjese un súbito incremento de la temperatura. O el efecto que el desgaste gradual de una máquina en concreto podría tener sobre el funcionamiento general de una cadena de montaje. O qué cantidad exacta de presión sería necesaria para que un cristal reforzado se rompiese.

Los digital twins son una extraordinaria herramienta de análisis de procesos. Permiten prever diferentes escenarios y plantear preguntas complejas que el sistema responde con un alto grado de precisión y fiabilidad. Además, las respuestas obtenidas, al tratarse de simulaciones visuales, resultan fáciles de interpretar, a diferencia de lo que ocurre con otros sistemas de análisis basados en algoritmos de gestión de datos.

Tal y como explica Andrew R. Chow en un clarividente artículo en la revista Time, las empresas más punteras del planeta están recurriendo a los gemelos digitales para “reducir costes de mantenimiento, optimizar procesos de toma de decisiones y, en general, incrementar su eficacia operacional”. Chow analiza múltiples ejemplos del auge reciente en el uso de este recurso tecnológico, desde “la reproducción con un asombroso nivel de detalle de la fábrica de BMW en la ciudad medieval de Regensburg” a la aparición de motores de simulación recién lanzados al mercado como “Omniverse, de NVidia, o TwinMaker, de Amazon Web Sevices”.

Para el analista de Time, se trata “de un mercado en franca progresión, que ya alcanzó un volumen global de más de 3.000 millones de dólares en 2021 y que pronto hará que esa cantidad resulte irrisoria”. Chow destaca también virtudes no del todo obvias de esta inminente edad de oro de las réplicas virtuales inteligentes: “Va a revolucionar los procesos de formación de los trabajadores al permitirles hacer todo tipo de ejercicios virtuales de ensayo, permitirá el desarrollo de planes de optimización técnica muy complejos sin que esto suponga un gasto de recursos físicos, contribuirá a la mejora de las infraestructuras y ayudará a combatir el cambio climático”. En cierto sentido, “ya está empezando a hacer muchas de esas cosas”. Pero estamos ante los albores de algo “radicalmente nuevo” y el cielo parece el único límite.

 

Para Richard Kerris, vicepresidente de NVidia y uno de los principales gestores de la plataforma Omniverse, “los digital twins se van a utilizar en los servicios de salud, en la educación, la seguridad, la música o en actividades cotidianas como llevar de safari virtual a niños de ciudad”. La pregunta es más bien “qué empresas no están interesadas en utilizar esta tecnología a medio plazo y por qué razones se resisten al cambio”.

Chow considera que “de momento, al tratarse de una novedad relativa que esta cogiendo tracción precisamente ahora, cualquier uso de digital twins supone una ventaja cualitativa, porque da una imagen de empresa innovadora, tecnológicamente disruptiva”. Sin embargo, a medio plazo, “la tecnología en sí se irá trivializando y lo que marcará la diferencia será un uso creativo de los múltiples recursos que ofrece”.

El experto da una serie de pistas de por dónde pueden ir esos cambios transformadores: “El principal será procesar de manera cada vez más inteligente la información que se recoja”, explica, “descartar la inútil y filtrar con eficacia la útil. Para ello se necesita desarrollar técnicas de análisis cualitativo cada vez más refinadas. Otro ámbito en que es de esperar que se produzcan grandes novedades es el del metaverso, que está generando una nueva economía en la que los gemelos digitales encajan como un guante”. A ese salto, aún no del todo consumado, es a lo que estamos asistiendo ahora mismo.

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