No fueron separados al nacer. Ni uno de ellos es malvado. Ni son exactamente iguales, para ser del todo honestos. Los gemelos digitales o digital twins representan un salto exponencial para las empresas que quieren innovar sin correr grandes riesgos y manteniendo los costos bajo control: el concepto propone crear una réplica virtual de algún aspecto del mundo físico para simular su comportamiento de extremo a extremo, evaluar cómo reacciona ante algún cambio y luego tomar las decisiones de acuerdo a los resultados con su contraparte en el mundo real.
Un trabalenguas que se desarma con ejemplos: una empresa manufacturera quiere introducir un cambio en una línea de producción. En lugar de hacer una inversión importante para modificar sus maquinarias y ver cómo resulta todo cuando ya es demasiado tarde para lágrimas o arrepentimientos, «copia» la línea de producción en un espacio virtual, hace las pruebas pertinentes y cambia en los activos físicos solo aquello que demostró ser exitoso.
El mercado mundial de gemelos digitales en 2020 se estimó en US$ 5400 millones y se prevé que crezca a un ritmo de 36 por ciento anual durante los próximos cinco años, según Accenture.
Por su parte, el Globant Sentinel Report señala que los gemelos digitales «presentan enormes posibilidades y ventajas para las empresas y pueden transformar la forma en que interactuamos con ellas». El estudio destaca ejemplos que van desde el sector médico, donde se utilizan para replicar y estudiar órganos internos, hasta empresas de indumentaria, que podrían permitir a sus clientes probarse ropa antes de comprarla mediante avatares que coinciden con sus dimensiones y medidas exactas.
A la luz del metaverso
Los gemelos digitales están íntimamente emparentados con el cada vez más escuchado concepto del metaverso: al igual que este, los primeros utilizan tecnologías como realidad aumentada y real, 3D, inteligencia artificial y, también del mismo modo, generan en el universo virtual una realidad alternativa copiada del mundo físico con la que se puede interactuar en tiempo real.
«El metaverso es un cambio cultural que se viene y que tiende a cambiar el paradigma: a medida que los usuarios incorporen estos conceptos de virtualidad inmersiva, entre los que se encuentran los gemelos digitales, en su vida cotidiana, las empresas van a invertir más en este tipo de tecnologías», señala Eduardo Koglot, CEO de Go2Future. La empresa utilizó conceptos de digital twins con conversión comercial en el desarrollo del negocio de motos eléctricas ubicado en el centro comercial virtual e inmersivo Metaverse Mall.
¿Cómo se avanza en el camino hacia el gemelo digital? «El primer paso es identificar qué beneficios puede aportar al negocio y luego crear un entorno virtual en el que sea posible simular situaciones que permitan tomar decisiones de forma más rápida y asertiva«, enumera Marcel Saraiva, gerente de cuentas corporativas de NVIDIA. La empresa cuenta con la solución de simulación y diseño 3D Omniverse, que en el mundo es utilizada por empresas como Amazon (simula su centro de distribución para optimizar el almacenamiento y el tiempo de entrega de los productos), Pepsico (la emplea para mejorar el montaje de las cintas que transportan las bebidas, la ergonomía de los empleados y el montaje de los pallets) y BMW (que cuenta con una fábrica 100 por ciento digital capaz de simular la línea de producción y la formación de los robots y de los empleados, entre otros elementos).
Lo que hace falta
La materia prima esencial para alimentar los gemelos digitales son los datos. Estos pueden surgir del entorno real: transacciones alojadas en los sistemas, sensores, estado de las máquinas, piezas de diseño en 2D o 3D, ubicaciones, imágenes estáticas o en movimiento, flujos de funcionamiento de aplicaciones, flujos de procesos, interacción de los usuarios… El universo de captura es tan inabarcable como creciente.
También puede suceder que no se cuente con un volumen de datos suficiente como para alimentar los algoritmos para alcanzar los aprendizajes deseados o las predicciones que hagan falta. En esos casos, se puede apelar a la creación de datos sintéticos.
«La simulación del gemelo digital requiere de un modelo de red neuronal (machine learning) adecuado para el tipo de objeto que se quiere replicar y que pueda ser entrenado con un conjunto de datos enriquecidos, que muy probablemente sea necesario crear artificialmente», describe Alejandro Girardotti, director regional de conectividad, medios e IP del proveedor de infraestructura y conectividad Lumen para Latinoamérica. «Esto de por sí, ya es una tarea compleja que requiere tiempo y esfuerzo», detalla.
Para Saraiva, precisamente, los principales desafíos residen en «la recopilación de datos -la materia prima para construir y mantener los gemelos digitales-, la integración de las herramientas y la conexión con los datos del mundo real y la capacidad computacional para visualizar y procesar la información recogida y emplearla en tiempo real».
Y así como los datos son esenciales, las herramientas para procesarlos también lo son. «El procesamiento de los gemelos digitales está fuertemente ligado a los data centers: cada metaverso tiene que correr en la nube o en el borde por sus necesidades de cómputo y por ser multiusuario: todos los participantes deberían ver la misma realidad«, explica Girardotti. «Tanto el ancho de banda como la velocidad de respuesta juegan un rol clave: por eso es importante que el datacenter esté cerca y que la red de internet por la que se acceda sea de baja latencia, para dar la mayor sensación de realidad posible».
No se trata de una cuestión menor: muchas plantas industriales sufren de conexiones a internet inestables, en especial aquellas que están ubicadas en sitios remotos.
Barreras gemelas
Queda aún un recorrido para que los gemelos digitales sean masivos en las empresas. Por un lado, falta un mayor conocimiento del concepto. Más allá de las cuestiones culturales, existen también algunas barreras tecnológicas.
Para Koglot, algunos de los principales obstáculos que se presentan en el camino son «no elegir los patrones de desarrollo 3D validados por el mercado, no contar con un manual de procedimientos validado para su elaboración y, fundamental, no realizar un desarrollo del gemelo que luego pueda ser aplicable a todas las herramientas que lo requieran».
Américo de Paula, líder de arquitectura de soluciones de Amazon Web Services (AWS), indica que la construcción de gemelos digitales comparte muchos de los obstáculos que tiene la modernización de procesos de manufactura tradicionales. Por ejemplo, la diversidad de protocolos de comunicación industrial propietarios. «Cada fabricante de hardware ha creado uno propio para sus soluciones, lo que hace que sea un desafío para las industrias centralizar e integrar las métricas de cada fabricante«, dice.
Por otro lado, destaca los silos de datos industriales. «Existen muchas fuentes de datos OT (operation technology) que no tienen integración nativa y directa con el entorno de IT, lo que dificulta el uso de esta información para retroalimentar el proceso productivo y tener visibilidad del lado de negocio y resulta muy complejo mejorar algo de lo que no se tiene la medición exacta», agrega.
También se refiere a las aplicaciones stand alone: «Muchas soluciones MES y SCADA -herramientas industriales- son aplicaciones usadas para resolver un problema específico pero no están pensadas en integrarse y compartir información a través de API«, concluye.
En la práctica
Más allá de las cuentas pendientes, los casos de gemelos digitales se multiplican a diario. Eduardo Kabal, CEO de Drone Services by USS, una compañía especializada en tecnología de drones aplicada a industria 4.0, parte del grupo de seguridad Grupo USS, cuenta que la empresa tiene un amplio historial en gemelos digitales, incluyendo la réplica de corredores y subestaciones eléctricas, turbinas eólicas, paneles solares, volumetrías de stock, plantas de gas, derrames de crudo y criaderos de semillas.
«El simple hecho de crear un 3D fotogramétrico de una planta de producción permite dar contexto a una inspección de sus activos: si realizamos una visita perimetral virtual de esa reconstrucción a través de la visión en 3D del archivo podemos comprender por qué un activo tiene tendencia a oxidarse más de un lado que de otro y, con ese dato, aplicar una medida preventiva, como puede ser aumentar la periodicidad en que se pinta con antioxidante», ejemplifica. «Existen multitud de casos probados de detección de anomalías o incluso de futuras problemáticas que más vale curar que padecer», agrega.
Pero a la hora de buscar el caso más extremo de gemelos digitales, no lo duda. La digitalización de todo el territorio de Singapur con el uso de un escáner LiDAR, capaz de copiar la realidad superficial del terreno y sus estructuras. El objetivo: «hacer un uso inteligente de su suelo y vegetación con un detalle centimétrico, caracterizando los elementos y usos de su patrimonio», cuenta.
Made in Argentina
Y-Tec, el brazo tecnológico de YPF y el Conicet, desarrolló el proyecto Roca Digital para estudiar y caracterizar la roca a partir de sus imágenes. «En la etapa actual, el principal objetivo es realizar un análisis petrofísico de la roca a partir de su gemelo digital y, para eso, contamos con equipamiento especializado que permite digitalizar la roca a diferentes resoluciones, para luego efectuar un análisis cuantitativo sobre las imágenes adquiridas«, explica Esteban Domene, líder técnico del proyecto en Y-Tec. La iniciativa cuenta con un tomógrafo de rayos X, microscopio electrónico de barrido (SEM) y de transmisión (TEM) y microscopios ópticos.
«El análisis visual de la roca es una herramienta clave para entenderla», dice Domene. «La inspección ocular ocurre desde el primer contacto con las muestras y el uso de imágenes en la descripción es estándar en la industria», detalla. «La descripción petrográfica la realiza un geólogo experto observando cortes delgados en un microscopio óptico. Se utilizan volúmenes 3D digitalizados por tomografía de rayos X para ver la homogeneidad de una muestra, su integridad, ver la porosidad y su distribución y entender el flujo, además estudiar la presencia de materia orgánica, realizar mapeos mineralógicos, clasificar texturas porales o identificar factores dominantes en las propiedades de flujo», concluye.
Un gemelo de acero
«La trazabilidad del producto es trasversal a todo nuestro proceso de producción: desde que el acero es colado en una barra maciza en la acería hasta el despacho de tubos desde los centros regionales de servicio a las operaciones petroleras más desafiantes», explica Marcelo López, director de planeamiento industrial de TenarisSiderca, la metalúrgica de Grupo Techint. «Por eso, el primer paso es digitalizar el producto, es decir, crear un gemelo digital que avanza al unísono del real mientras da cada paso del proceso: para lograrlo es necesario contar con la infraestructura tecnológica en el piso operativo que recoja el dato y, en paralelo, sistemas de gestión con gran nivel de automatización que lo interpreten y permitan tomar decisiones en tiempo real», explica.
La solución se enmarca dentro del SIP (Sistema Integrado de Producción): un conjunto de herramientas con múltiples funcionalidades que integran todo el sistema industrial con conexión online a cada evento (producción, modificaciones en el stock, paradas de planta), todo centralizado desde una torre de control. «El objetivo principal es hacer más eficiente la operación punta a punta, interconectando todos los procesos, obteniendo información de cada uno de ellos, mostrando alertas y, especialmente, generando una visión integral que permite gestionar de manera más ágil y con impacto en los principales indicadores y drivers de la operación», indica López.
«Desde la torre se evalúan eventos acontecidos (por ejemplo, interrupción por mantenimiento) y riesgos potenciales visibilizados o que surjan del avance real (identificación del material en estibas), para estimar avances y corregir desvíos a partir de una comparación entre la ejecución real y el programa de producción previsto, que tiene tiempo de inicio y duración definida», detalla López. La búsqueda de la solución comenzó en junio de 2018 con talleres interdisciplinarios en diversos centros industriales de la empresa en el mundo. La planta elegida para la primera implementación fue la de Campana. El proyecto inició en febrero de 2019. Hoy tiene un avance del 90 por ciento y ya exhibe numerosos beneficios, entre ellos reducir leadtimes de producción, disminuir stocks o mejorar el servicio al cliente.
En la Liga de la Justicia -en especial la versión vintage de dibujos animados- ya muestran signos de preocupación: en el mundo empresario, está naciendo una nueva acepción para «los gemelos fantásticos».
Esta nota se publicó originalmente en el número 344 de revista Apertura.