Los ingenieros utilizan los modelos de alta fidelidad para supervisar las operaciones, planificar correcciones y solucionar problemas. A la industria de defensa le encantan los gemelos digitales P.Ej. la USAF envi\u00f3 un avi\u00f3n retirado a una universidad para que los investigadores pudieran desarrollar un “perfil de fatiga”, una especie de mapa de c\u00f3mo se acumulan las tensiones, esfuerzos y cargas de la aeronave a lo largo del tiempo.<\/p>\n
En enero de 2022, el telescopio espacial James Webb de la NASA (JWST, por sus siglas en ingl\u00e9s), valorado en 10.000 millones de d\u00f3lares (unos 9.300 millones de euros), se acercaba al final de su viaje de un mill\u00f3n de millas (aproximadamente 1,61 millones de kil\u00f3metros) desde la Tierra. Pero alcanzar su punto orbital ser\u00eda solo una parte de su traicionero viaje. Para prepararse para las observaciones, la nave espacial ten\u00eda que desplegarse en\u00a0una complicada coreograf\u00eda que, seg\u00fan los c\u00e1lculos de sus ingenieros,<\/strong>\u00a0pod\u00eda fallar de 344 maneras distintas<\/strong>. Un parasol del tama\u00f1o de una pista de tenis ten\u00eda que desplegarse exactamente de la forma perfecta, terminando como una cometa gigante y brillante bajo el telescopio. Un espejo secundario ten\u00eda que colocarse en la posici\u00f3n precisa, apoy\u00e1ndose en tres patas para mantenerse a casi 25 pies (unos 7,6 metros) del espejo principal.<\/p>\n Por \u00faltimo, el espejo principal \u2014con sus 18 piezas hexagonales encajadas como en un panal\u2014 ten\u00eda que ensamblarse. Tres segmentos de espejo de oro ten\u00edan que desplegarse desde cada lado del telescopio, encajando sus bordes contra los doce ya ensamblados.\u00a0La secuencia ten\u00eda que ser perfecta para que el telescopio funcionara como estaba previsto<\/strong>.<\/p>\n “Fue un momento aterrador”, dice Karen Casey, directora t\u00e9cnica de la divisi\u00f3n de Sistemas de Defensa A\u00e9rea y Espacial de Raytheon, que construy\u00f3 el\u00a0software<\/em>\u00a0que controla los movimientos del JWST y ahora se encarga de sus operaciones de vuelo.<\/p>\n Durante los m\u00faltiples d\u00edas de coreograf\u00eda, los ingenieros de Raytheon observaron c\u00f3mo se desarrollaban los acontecimientos a medida que lo hac\u00eda el telescopio. El telescopio, m\u00e1s all\u00e1 de la \u00f3rbita lunar, estaba demasiado lejos para ser visible, incluso con potentes instrumentos. Pero el telescopio enviaba datos a la Tierra en tiempo real y\u00a0un programa inform\u00e1tico los utilizaba casi simult\u00e1neamente para crear un v\u00eddeo en 3D sobre el desarrollo del proceso<\/strong>. Era como ver una pel\u00edcula muy angustiosa.<\/p>\n El v\u00eddeo en 3D representaba\u00a0un “gemelo digital”<\/strong>\u00a0del complejo telescopio: un modelo inform\u00e1tico del instrumento real, basado en la informaci\u00f3n que este proporcionaba. “Poder verlo fue transformador”, afirma Casey.<\/p>\n El equipo observ\u00f3 con tensi\u00f3n, durante los primeros d\u00edas del JWST, c\u00f3mo los 344 problemas potenciales no hac\u00edan su aparici\u00f3n. Por fin, el JWST estaba en su forma definitiva y ten\u00eda el aspecto que deb\u00eda tener, tanto en el espacio como en la pantalla. Desde entonces,\u00a0el gemelo digital no ha dejado de actualizarse<\/strong>.<\/p>\n El concepto de construir una r\u00e9plica a escala real de un equipo tan complicado no era nuevo para Raytheon, en parte debido al trabajo de la empresa en defensa e inteligencia, donde los gemelos digitales son m\u00e1s populares que en astronom\u00eda.<\/p>\n Sin embargo, el JWST era en realidad m\u00e1s complicado que muchos de esos sistemas, por lo que\u00a0los avances que ha hecho posible su gemelo revierten ahora en la vertiente militar del negocio<\/strong>. Es el reverso de una historia m\u00e1s t\u00edpica, en la que los objetivos de seguridad nacional hacen avanzar a la ciencia. En el espacio convergen tecnolog\u00edas de defensa y no defensa, afirma Dan Isaacs, director tecnol\u00f3gico del Digital Twin Consortium, un grupo de trabajo profesional, y los gemelos digitales est\u00e1n “en el centro mismo de estos esfuerzos de colaboraci\u00f3n”.<\/p>\n A medida que la tecnolog\u00eda se hace m\u00e1s com\u00fan, los investigadores descubren que estos gemelos son, cada vez m\u00e1s, miembros productivos de la sociedad cient\u00edfica: ayudan a los humanos a manejar los instrumentos m\u00e1s complicados del mundo, al tiempo que revelan m\u00e1s cosas sobre el propio mundo y el universo m\u00e1s all\u00e1.<\/p>\n 800 millones de puntos de datos<\/strong><\/p>\n El concepto de gemelos digitales fue introducido en 2002 por Michael Grieves, un investigador cuyo trabajo se centraba en los negocios y la manufactura. Sugiri\u00f3 que\u00a0un modelo digital de un producto, constantemente actualizado con informaci\u00f3n del mundo real<\/strong>, acompa\u00f1ara al art\u00edculo f\u00edsico a lo largo de su desarrollo.<\/p>\n Pero el t\u00e9rmino “gemelo digital” procede en realidad de un empleado de la NASA llamado John Vickers, que lo utiliz\u00f3 por primera vez en 2010 como parte de un informe sobre la hoja de ruta tecnol\u00f3gica de la agencia espacial. Hoy, como era de esperar, Grieves dirige el Instituto de Gemelos Digitales y Vickers sigue en la NASA como su principal tecn\u00f3logo.<\/p>\n Desde aquellos primeros d\u00edas, la tecnolog\u00eda ha avanzado, como es habitual. El Internet de las cosas ha proliferado, conectando sensores del mundo real colocados en objetos f\u00edsicos al Internet et\u00e9reo. Hoy en d\u00eda,\u00a0esos dispositivos suman m\u00e1s de 15.000 millones<\/strong>, frente a unos meros millones en 2010. La potencia computacional ha seguido aumentando, y la nube \u2014m\u00e1s popular y potente que en la d\u00e9cada anterior\u2014 permite a los creadores de gemelos digitales ampliar o reducir sus modelos, o crear m\u00e1s clones para experimentar, sin invertir en cantidades obscenas de\u00a0hardware<\/em>. Ahora, adem\u00e1s,\u00a0los gemelos digitales pueden incorporar inteligencia artificial y aprendizaje autom\u00e1tico<\/strong>\u00a0para ayudar a dar sentido a la avalancha de datos que llega cada segundo.<\/p>\n A partir de estos ingredientes, Raytheon decidi\u00f3 construir su gemelo del JWST por la misma raz\u00f3n por la que tambi\u00e9n trabaja en gemelos de defensa: hab\u00eda poco margen para el error. “Se trataba de una misi\u00f3n sin fallos”, afirma Casey.\u00a0El gemelo registra cada d\u00eda 800 millones de datos sobre su hermano en el mundo real<\/strong>, utilizando todos esos 0 y 1 para crear un v\u00eddeo en tiempo real que es m\u00e1s f\u00e1cil de controlar para los humanos que muchas columnas de n\u00fameros.<\/p>\n El equipo del JWST utiliza el gemelo para supervisar el observatorio y predecir los efectos de cambios como las actualizaciones de\u00a0software<\/em>. Para probarlos, los ingenieros utilizan una copia\u00a0offline<\/em>\u00a0del gemelo, cargan cambios hipot\u00e9ticos y observan lo que ocurre a continuaci\u00f3n. El grupo tambi\u00e9n utiliza una versi\u00f3n\u00a0offline<\/em>\u00a0para formar a los operadores y solucionar problemas en la vida real, cuya naturaleza Casey no quiere identificar. “Las llamamos anomal\u00edas”, dice.<\/p>\n Ciencia, defensa y m\u00e1s all\u00e1<\/strong><\/p>\n El gemelo digital del JWST no es el primer instrumento de ciencia espacial que tiene un hermano simulado. Un gemelo digital del\u00a0rover<\/em>\u00a0Curiosity ayud\u00f3 a la NASA a resolver los problemas de calor del robot. En el CERN, el acelerador de part\u00edculas europeo,\u00a0los gemelos digitales<\/a>\u00a0ayudan en el desarrollo de detectores y en tareas m\u00e1s mundanas como la supervisi\u00f3n de gr\u00faas y sistemas de ventilaci\u00f3n.\u00a0La Agencia Espacial Europea quiere utilizar los datos de observaci\u00f3n de la Tierra para crear un gemelo digital\u00a0<\/strong>del propio planeta<\/strong><\/a>.<\/p>\n En el Gran Telescopio Canarias, el mayor telescopio de un solo espejo del mundo, el equipo cient\u00edfico empez\u00f3 a construir un gemelo hace unos dos a\u00f1os, antes incluso de haber o\u00eddo el t\u00e9rmino. Por aquel entonces, Luis Rodr\u00edguez, jefe de ingenier\u00eda, acudi\u00f3 a Romano Corradi, director del observatorio. “Dijo que deb\u00edamos empezar a interconectar cosas”, cuenta Corradi. Rodr\u00edguez sugiri\u00f3 que pod\u00edan\u00a0aprovechar los principios de la industria, donde las m\u00e1quinas se comunican regularmente entre s\u00ed y con los ordenadores<\/strong>, controlan sus propios estados y automatizan las respuestas a esos estados.<\/p>\n El equipo empez\u00f3 a a\u00f1adir sensores que transmit\u00edan informaci\u00f3n sobre el telescopio y su entorno. Conocer las condiciones ambientales que rodean a un observatorio es “fundamental para hacer funcionar un telescopio”, afirma Corradi. \u00bfVa a llover, por ejemplo, y c\u00f3mo afecta la temperatura al enfoque del telescopio?<\/p>\n Una vez que los sensores tuvieron los datos en l\u00ednea, crearon\u00a0un modelo en 3D del telescopio que mostraba estos datos visualmente<\/strong>. “La ventaja es muy clara para los trabajadores”, dice Rodr\u00edguez, refiri\u00e9ndose a los que manejan el telescopio. “Es m\u00e1s f\u00e1cil manejar el telescopio. Antes el telescopio era muy, muy dif\u00edcil porque es muy complejo”.<\/p>\n Ahora mismo, el gemelo del Gran Telescopio se limita a ingerir los datos, pero el equipo est\u00e1 trabajando hacia un enfoque m\u00e1s interpretativo,\u00a0utilizando IA para predecir el comportamiento del instrumento<\/strong>. “Con la informaci\u00f3n que obtienes en el gemelo digital, haces algo en la entidad real”, afirma Corradi. Con el tiempo, esperan tener un “telescopio inteligente” que responda autom\u00e1ticamente a su situaci\u00f3n.<\/p>\n Corradi dice que el equipo no se enter\u00f3 de que lo que estaban construyendo ten\u00eda un nombre hasta que asistieron a una conferencia sobre el Internet de las cosas el a\u00f1o pasado. “Vimos que hab\u00eda\u00a0una comunidad creciente en la industria<\/strong>\u00a0\u2014y no en la ciencia, sino en la industria\u2014 en la que todo el mundo est\u00e1 haciendo estos gemelos digitales”, dice.<\/p>\n El concepto se est\u00e1 introduciendo en la ciencia, como demuestran los aceleradores de part\u00edculas y las agencias espaciales<\/strong>. Pero en las empresas est\u00e1 m\u00e1s arraigado. “El inter\u00e9s de la industria siempre precede al de la ciencia”, afirma Corradi.\u00a0 Pero cree que proyectos como el suyo seguir\u00e1n proliferando en la comunidad astron\u00f3mica en general. Por ejemplo, el grupo que planea el propuesto Telescopio de Treinta Metros, que tendr\u00eda un espejo primario formado por cientos de segmentos, llam\u00f3 para solicitar una presentaci\u00f3n sobre la tecnolog\u00eda. “Nos anticipamos un poco a lo que ya estaba ocurriendo en la industria”, dice Corradi.<\/p>\n A la industria de defensa le encantan los gemelos digitales<\/strong>. La Fuerza Espacial, por ejemplo, utiliz\u00f3 uno para planificar Tetra 5, un experimento para repostar sat\u00e9lites. En 2022, la Fuerza Espacial tambi\u00e9n adjudic\u00f3 a Slingshot Aerospace un contrato para crear un gemelo digital del propio espacio, mostrando lo que ocurre en \u00f3rbita para prepararse ante incidentes como colisiones.<\/p>\n Isaacs cita un ejemplo en el que las Fuerzas A\u00e9reas enviaron un avi\u00f3n retirado a una universidad para que los investigadores pudieran desarrollar un “perfil de fatiga”, una especie de mapa de c\u00f3mo se acumulan las tensiones, esfuerzos y cargas de la aeronave a lo largo del tiempo. Un gemelo, hecho a partir de ese mapa, puede ayudar a identificar las piezas que podr\u00edan sustituirse para alargar la vida del avi\u00f3n, o para dise\u00f1ar un avi\u00f3n mejor en el futuro. Las empresas que se dedican tanto a la defensa como a la ciencia \u2014algo habitual en la industria espacial en particular\u2014 tienen as\u00ed una ventaja, ya que pueden trasladar las innovaciones de un departamento a otro.<\/p>\n El gemelo del JWST, por ejemplo, tendr\u00e1 cierta relevancia para los proyectos del \u00e1rea de defensa de Raytheon<\/strong>, donde la empresa ya trabaja en gemelos digitales de radares de defensa antimisiles, misiles de crucero lanzados desde el aire y aviones. “Podemos reutilizar partes en otros lugares”, afirma Casey. Cualquier sat\u00e9lite que la empresa rastree o al que env\u00ede \u00f3rdenes “podr\u00eda beneficiarse de partes de lo que hemos hecho aqu\u00ed”.<\/p>\n Algunas de las herramientas y procesos que Raytheon desarroll\u00f3 para el telescopio, contin\u00faa, “pueden copiarse y pegarse en otros programas”. Y de ese modo, el gemelo digital del JWST probablemente tendr\u00e1 gemelos propios.<\/p>\n