🛫 Digital twin: cos’è un gemello digitale e perché sta rivoluzionando l’industria 4.0

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Secondo la società di consulenza strategica Gartner, fra i trend del prossimo decennio vi sarà il “gemello digitale”. Un digital twin è una replica virtuale e smart di prodotti, processi, persone, luoghi, infrastrutture, sistemi e device.

Nella società contemporanea viene utilizzato per elaborare “modelli predittivi” in tempo reale, grazie ai quali è possibile sperimentare miglioramenti senza il prodotto fisico. I campi d’applicazione, d’altronde, sono infiniti e nell’ambito dell’industria 4.0 un gemello digitale può davvero fare la differenza.

Indice dei conteuti

Digital twin: significato e caratteristiche

Un gemello digitale è, di fatto, una rappresentazione digitale di un oggetto, un servizio, un sistema o di una parte di esso; viene elaborato grazie al machine learning (ML) e all’intelligenza artificiale (IA), il cui connubio consente di simulare informazioni sull’asset, prestazioni future e reazioni in determinate condizioni.

Un digital twin è un modello virtuale altamente complesso di un’auto, un aereo, un ponte, un edificio, ecc. e si basa sull’idea che un insieme di bit possano in qualche modo sostituire un’entità fisica.

Storia

Il termine digital twin fu utilizzato per la prima volta dal ricercatore Michael Grieves, nel 2001, durante il corso di Product Lifecycle Management (PLM) dell’Università del Michigan. Oggi, Grieves lavora come Chief Scientist for Advanced Manufacturing al Florida Institute of Technology; secondo lui un gemello digitale era l’equivalente virtuale di un prodotto fisico.

Grieves parlava, inoltre, di un Mirrored Spaces Model, inteso come una rappresentazione dinamica della realtà dove la dimensione reale e quella virtuale sono collegate. Infatti, secondo il ricercatore una condizione necessaria all’esistenza di un gemello digitale è il fatto che vi siano:

Un modello 3D virtuale, ad esempio, permette agli ingegneri di simulare e convalidare la fattibilità di un progetto o d’indagare i conflitti e le criticità in modo più rapido ed economico. Grazie ai digital twin è possibile testare e capire come si comporteranno i prodotti che si vogliono realizzare, senza l’ingombro di costosi modelli fisici.

Come si è diffuso il termine digital twin

In alcune pubblicazioni successive il Mirrored Spaces Model prende il nome di Information Mirroring Model, ma è soltanto nel 2011 con il saggio Virtually Perfect: Driving Innovative and Lean Products through Product Lifecycle Management che per la prima volta Grieves parla di digital twin al grande pubblico. La definizione proposta è: «Un insieme di costrutti informativi virtuali che descrivono completamente un manufatto fisico potenziale o reale, dal livello micro atomico al livello macro geometrico».

Parafrasando le parole dello stesso Grieves, pronunciate durante una conferenza, nel 2002, in cui venne proposta la realizzazione di un Product Lifecycle Management (PLM) center, per la prima volta nella storia dell’umanità uno spazio virtuale che esisteva solo nella mente delle persone con il digital twin prende vita negli SSD e hard-drive dei computer.

Come cambia la progettazione grazie al gemello digitale

Con il concetto di digital twin viene meno (almeno in un primo momento) la necessità di costruire un modello 3D fisico o un prototipo, come si faceva un tempo. I gemelli digitali, invero, permettono una migliore comprensione del sistema stesso e del suo comportamento.

In altri termini, un digital twin è una fonte preziosissima di informazioni che consentono di predire come il prodotto sarà e, quindi, quali miglioramenti eventualmente apportare.

Il paradigma dell’industria 4.0

Se andiamo ad analizzare il paradigma dell’industria 4.0, traducibile in un orizzonte di automazione, informazione, connessione e programmazione, il gemello digitale vi s’innesta perfettamente. Esso infatti è reso possibile da un mix di tecnologie (cloud computing, Internet of Things, machine learning, intelligenza artificiale, ecc.) che introducono nuovi concept di sviluppo all’insegna della digital disruption.

L’industria 4.0 corrisponde al passaggio da un sistema produttivo a un altro, detto “bimodale” poiché retto da due ecosistemi: uno fisico, reale, concreto e tangibile e l’altro digitale, immateriale, virtuale.

Il digital twin, dunque, è figlio del suo tempo e come tale investe anche le Information and Communication Technologies (ICT) che ne escono stravolte e, in alcuni casi, migliorate grazie a modelli di apprendimento automatico del linguaggio naturale e a copie virtuali delle mappe neurali degli animali o, addirittura, delle persone.

Digital twin e implicazioni etiche

Gartner afferma che già oggi la quasi totalità delle aziende (circa il 48%) utilizza gemelli digitali. Ebbene, alcune aziende lavorano già a progetti per la creazione di gemelli digitali delle persone che consentirebbero, in un futuro non troppo lontano, di uploadare le loro menti in rete, rendendole così immortali.

Certo, tutto ciò ovviamente avrebbe delle implicazioni etiche e, a quel punto, persino il concetto stesso di morte verrebbe messo in discussione. Tuttavia, al momento l’applicazione migliore del digital twin riguarda il settore manifatturiero, che ne beneficia in termini di miglioramento di processi.

Il digital twin permette di “abilitare” una manutenzione predittiva, evitando stop alla produzione, consumi energetici eccessivi e prestazioni al di sotto della norma. Scalare i modelli non è cosa facile e, senz’altro, creare modelli virtuali di intere fabbriche richiede tempo e risorse dedicate. Al contempo, però, il digital twin e, più in generale l’industria 4.0 rappresentano la sfida del futuro.

Digital twin in azienda

Il modello del gemello digitale è già adottato in differenti settori: da quello della logistica, alla sanità, al retail, ecc.

Automotive

Tesla è una delle aziende che nell’ambito dell’automotive ha investito di più sul gemello digitale per migliorare i propri processi.

L’azienda statunitense, infatti, realizza un gemello digitale di ogni auto prodotta. I sensori di cui è dotata l’auto reale trasmettono i dati alla controparte digitale la quale viene analizzata da sofisticati algoritmi in grado di offrire informazioni sulle prestazioni del veicolo e consigli su come migliorarlo.

Oil & Gas

All’interno del comparto Oil & Gas Saras Ricerche e Tecnologie (SARTEC) sviluppa soluzioni capaci di efficientare i processi e le performance. Il progetto, nella fattispecie, intende creare un digital twin del parco pompe della raffineria di Sarroch. Grazie a una gran quantità di sensori IoT l’azienda potrà abilitare la “manutenzione predittiva”.

Energia

Nell’ambito delle fonti di energie rinnovabili, General Electric ha realizzato dei gemelli digitali delle proprie pale eoliche. Quando la turbina reale gira comunica con quella virtuale, fornendo dati sull’accensione, la velocità di rotazione e la potenza elettrica erogata.

Smart city

Probabilmente non molti lo sapranno, ma esiste un gemello digitale della città Singapore. In tal caso si parla di gemellaggio digitale, una forma particolare di gemellaggio che aiuta gli urbanisti a comprendere meglio il funzionamento di una smart city.

Retail

Nel retail il gemello digitale aiuta i rivenditori a ottimizzare il magazzino, scegliere i materiali, inventariare la merce e gestire i flussi logistici. Tutto ciò, sommato ai dati di acquisto dei clienti, può aiutare a fare previsioni sul comportamento dei consumatori e, quindi, a elaborare strategie di vendita ottimali. 

Sanità

Nell’ambito della sanità, il progetto tranSMART Foundation di Dell Technologies e i2b2 ha raccolto milioni di dati relativi agli effetti del long COVID. L’obiettivo: sperimentare diverse tipologie di trattamento in modo del tutto sicuro sui gemelli digitali.

Entertainment

Neanche a dirlo uno degli obiettivi di Meta, la holding proprietaria di Facebook, Instagram e WhatsApp, è quello di creare degli avatar, cioè delle copie digitali degli esseri umani, da utilizzare in ambiti ricreativi (e non solo). A tal proposito, al Meta Connect 2022 la società multinazionale di Zuckerberg ha svelato il futuro del metaverso: Codec Avatar, una tecnologia in grado di riprodurre il più fedelmente possibile le persone sottoforma di avatar 3D, alias di gemelli digitali.

Sport

Nel mondo dello sport un digital twin può aiutare i team, ad esempio quelli di Formula 1, a elaborare tattiche e strategie vincenti da utilizzare in pista. Risolvere annosi problemi, come quelli che riguardano il sistema idraulico di un’automobile, alle volte può fare la differenza.

Digital twin in Italia

Secondo il rapporto del Capgemini Research Institute Digital Twins: Adding Intelligence to the Real World, la maggior parte delle aziende italiane utilizza i gemelli digitali nei programmi di sostenibilità ambientale. Tuttavia, più del 60% afferma di voler utilizzare i digital twin per migliorare le proprie prestazioni in generale.

Grazie alla loro capacità di ricreare situazioni reali in ambienti virtuali, i gemelli digitali aiutano le PMI a gestire le risorse in modo più efficiente, ridurre le emissioni di CO2 e aumentare la sicurezza dei dipendenti. Sempre secondo il rapporto, le aziende che stanno già utilizzando un digital twin hanno registrato un miglioramento medio delle prestazioni.

GeminiPort: un progetto locale di digital twin

Seguendo l’esempio del progetto Port Lab 4.0 – Digital Twin del Porto di Genova, il partenariato costituito dalle società HT Apps e NetSense ha proposto per il Porto di Catania GeminiPort, una sofisticata piattaforma di simulazione dei processi portuali e logistici, che integra differenti tecnologie come blockchain e IoT.

GeminiPort si propone di rivoluzionare le tecnologie di sperimentazione, sviluppo e gestione dei processi portuali, migliorando il grado di efficienza e sicurezza delle attività, attraverso nuove procedure operative quali:

Il sistema, ancora in fase di sviluppo, verrà offerto sottoforma di Digital-Twin-as-a-Service (DTaaS) producendo risultati on demand e offrendo agli sviluppatori un livello di astrazione più elevato rispetto al canonico framework.

HT Apps, nello specifico, si occuperà di realizzare un’interfaccia fruibile sia da desktop che da mobile e in grado di fornire alle autorità portuali le informazioni necessarie al miglioramento della produttività; ad esempio consentirà di capire dove siano allocati i mezzi, d’individuare i percorsi migliori e di gestire l’ingresso e l’uscita delle merci.

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