El metro de Londres usa gemelos digitales para detectar los puntos de mayor contaminación

El metro de Londres está usando una de las tecnologías más avanzadas que se conocen para mejorar servicios y procesos, con el objetivo de que en 2030 todos los coches estén descarbonizados. Se trata del modelo de gemelos digitales, un sistema que se aplica en campos tan diversos como la salud, la fabricación de autos, la planificación urbana e incluso los viajes espaciales.

En el caso británico, el organismo estatal que se ocupa de los servicios de transporte de Londres, Transport for London (TfL), se asoció con la start-up Spinview ―una empresa de realidad virtual dedicada a la creación de gemelos digitales― para monitorear el estado de las vías y los túneles y registrar la temperatura, los niveles de ruido y las emisiones de carbono. El proyecto es financiado por el Gobierno del Reino Unido a través de su Programa Smart Grant, al que la empresa aplicó y ganó en la convocatoria anual que evalúa soluciones innovadoras.

Detectar elementos contaminantes y captar el nivel de emisión de carbono son dos cuestiones centrales para que TfL alcance el objetivo fijado para el fin de esta década.

Para ello, puso en marcha la tecnología de gemelos digitales que pueden describirse como copias virtuales del objeto en estudio que, a través de la inteligencia artificial, revelan información que es utilizada por el mismo sistema para sugerir mejoras en aquellos aspectos que las necesitan.

Para hacer un gemelo digital, el objeto ―en este caso el metro de Londres― es equipado con sensores ubicados en áreas clave de su funcionamiento que registran la actividad y producen datos sobre el rendimiento. Esos datos se procesan y se aplican a la copia digital, que con toda esa información ejecuta simulaciones, evalúa posibles problemas y propone mejoras que luego se pueden aplicar al objeto original.

La iniciativa arrancó este año. La primera línea en ser replicada por esta suerte de maqueta digital es la Piccadilly, que va del aeropuerto de Heathrow hasta el barrio de Cockfosters, al norte de Londres, con 53 estaciones, y es muy antigua: tiene 116 años.

Spinview explica en su web que su dispositivo deep rail sensor “capta la geometría del espacio y ‘huele’ la polución” a lo largo de todo el recorrido, lo que ―promete― permitirá detectar los puntos críticos y buscar soluciones.

Los usos de las copias virtuales

La diferencia entre los gemelos digitales y los simuladores tradicionales es que estos se limitan a recabar información y a ofrecer una mera descripción sobre un objeto o un proceso, mientras que los primeros brindan además sugerencias para perfeccionarlo.

La otra distinción es que las simulaciones generalmente no obtienen datos en tiempo real. En los gemelos digitales, en cambio, la información fluye en dos direcciones: los sensores entregan datos al sistema y luego este produce nuevos conocimientos que sirven para operar sobre el objeto original.

Los gemelos digitales están destinados a reflejar el ciclo de vida completo de un producto o proceso, generando de manera continua la información necesaria para entenderlo, analizarlo, mejorarlo y hacerlo más eficiente. Ellos mismos están constantemente aprendiendo nuevas habilidades y capacidades.

Aunque hay antecedentes de la aplicación de esta tecnología en la década de 1960 en naves espaciales de la NASA, el concepto de gemelos digitales se expresó por primera vez en 1991. Pero fue en 2002 cuando Michael Grieves, profesor de la Universidad de Michigan, llevó adelante su primera aplicación a un proceso de manufactura. Finalmente, la NASA introdujo el término “gemelo digital” en 2010.

Hoy el uso de los gemelos digitales se ha ampliado a campos muy diversos, como equipos de generación de energía, operaciones de manufactura o grandes estructuras como edificios o plataformas de perforación en alta mar. También están presentes en aspectos de la vida cotidiana como los servicios de atención médica, la industria automotriz y la planificación urbana.

Los vehículos tradicionales de combustión, como los automóviles, camiones u otros medios de transporte, son objeto de permanente estudio para reducir los gases contaminantes que emiten. Limitar las áreas en las que pueden circular en entornos urbanos es la medida más inmediata que suelen tomar las administraciones.

En Europa, el transporte es responsable de más del 30 % de las emisiones de CO2. El origen del 72 % de esas emisiones es el transporte por carretera. El metro y el ferrocarril son los medios que menos contaminan pues ambos son eléctricos y no emiten gases de efecto invernadero: según los cálculos realizados por la Agencia Europea de Medio Ambiente (AEMA), el tren o el metro emiten una media de 14 gramos de dióxido de carbono por kilómetro y pasajero, mientras que en el caso de un colectivo esa cifra trepa a 68 gramos. De todos modos, el desarrollo de motores más eficientes permitió en algunos casos reducir las emisiones a los 20 gramos.

En este contexto, el diseño y producción de todo tipo de vehículos se beneficia con el uso de los gemelos digitales tanto para mejorar su rendimiento como para aumentar la eficiencia en el proceso de fabricación. Los automóviles eléctricos Tesla son el ejemplo más avanzado. Resuelta la cuestión de la emisión de gases de efecto invernadero, el modelo de copia digital permite, a través de la inteligencia artificial, predecir posibles desperfectos y, de esta manera, reducir las visitas al taller.

En el campo de la gestión urbana, algunas ciudades inteligentes ya usan esta tecnología para planificar y controlar el tránsito, las torres de telefonía móvil y los paneles de energía solar. En Los Ángeles, por ejemplo, el Departamento de Transporte creó un gemelo digital que es aplicado a las redes eléctricas y la provisión y circulación de bicicletas. En esa y otras ciudades de los Estados Unidos, en tanto, se utiliza el modelo para controlar las emisiones de carbono no solo de vehículos sino también de los edificios. Esta sección ya dio cuenta del uso de esta herramienta para ahorrar costos y bajar emisiones en proyectos inmobiliarios y de infraestructura urbana, públicos y privados: los más entusiastas hablan de un ahorro global de 280.000 millones de dólares para 2030.

Si bien la mejora de la circulación y la reducción de efectos contaminantes está en el centro de los objetivos, los gemelos digitales en planificación urbana también se están utilizando para impulsar el turismo virtual.

En el campo de la salud, los sensores se pueden utilizar para monitorear a los pacientes y de ese modo analizar los procesos, rastrear indicadores específicos y generar información clave sobre la evolución, lo que permite realizar diagnósticos más precisos y emitir alertas cuando se detecta la necesidad de una acción inmediata.

En el Congreso Anual de la Sociedad Radiológica de Norteamérica realizado a fines de 2018 en Chicago, la empresa alemana Siemens Healthineers presentó su desarrollo de simulación de órganos humanos, que les permite a los pacientes ver en realidad aumentada lo que sucede en su organismo.

Para llevar adelante el clon digital de un órgano, se utilizan millones de datos tomados del paciente en distintos momentos a través de estudios como resonancias magnéticas o tomografías computadas. Así, mediante algoritmos desarrollados especialmente, se crean modelos fisiológicos a partir de los cuales es posible predecir situaciones que de otro modo serían imperceptibles como, por ejemplo, cuál sería la respuesta del organismo a un tratamiento determinado. El primer órgano simulado con este método fue el corazón.

Los gemelos digitales también pueden usarse para mejorar la gestión hospitalaria mediante la clonación digital de un centro de salud, lo que ofrece a la administración y el personal información valiosa en tiempo real sobre la salud de los pacientes y la organización interna del trabajo diario. De este modo, es posible reducir los tiempos de espera y agilizar la atención, lo que lleva no solo a mejorar la experiencia de los pacientes sino también a reducir los costos operativos de la institución.

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Esta nota forma parte de la plataforma Soluciones para América Latina, una alianza entre INFOBAE y RED/ACCIÓN.