Gemelos Digitales e infraestructura sostenible

En este artículo se analiza cómo los Gemelos digitales en Infraestructuras Sostenibles plantean una optimización de los recursos y dan solución avanzada a muchos de los problemas actuales.

Un vistazo rápido a cualquier periódico del mundo revelará historias de sequías, temperaturas excesivas (frías y calientes), escasez de agua, inundaciones extremas, tormentas, incendios y todo tipo de catástrofes relacionadas con el clima.

A medida que las comunidades, las empresas y los gobiernos enfrentan estos eventos, debemos reconocer que la infraestructura que construimos juega un papel importante a la hora de abordar nuestra relación con nuestro planeta. La infraestructura produce avances económicos y sociales en las comunidades, pero históricamente ha impulsado las emisiones de carbono y otros impactos ambientales no deseados. Al mejorar la forma en que se diseña, construye y opera la infraestructura, podemos aspirar a cumplir nuestros objetivos económicos y de sostenibilidad mientras preparamos nuestro entorno físico para el futuro frente al cambio climático.

Hoy en día, la tecnología inmersiva, como precursora del metaverso, permite a los desarrolladores de software crear mundos virtuales e interactivos para cualquier tipo de propósito en cualquier tipo de entorno. Podemos utilizar esta tecnología para hacer que nuestra infraestructura sea más sostenible y resiliente en el mundo real.

Por ejemplo, el gemelo digital de infraestructura.

Un gemelo digital de infraestructura es una representación digital en 3D de algo en el mundo físico que se actualiza continuamente con datos en tiempo real, lo que convierte al gemelo digital en una representación digital interactiva «en vivo» de un objeto o sistema. En los mundos interactivos en 3D creados sólo para el entretenimiento, no es necesario aplicar la precisión de grado de ingeniería ni las leyes de la física. Pero para la infraestructura, son un requisito. Los gemelos digitales de infraestructura deben tener precisión milimétrica, alineación geoespacial y soporte para esquemas de ingeniería 3D complejos.

Ya sea una tubería de agua enterrada debajo de una calle de la ciudad o una turbina eólica a tres millas de la costa, los gemelos digitales de infraestructura incorporan datos de modelos desde el concepto hasta la construcción, como datos reales de estudios con drones, incluido el entorno ambiental. También recopilan datos a través de dispositivos conectados al Internet de las cosas (IoT), como sensores fijos o móviles que capturan información detallada y rica en ingeniería, incluidas fluctuaciones de temperatura, velocidades del viento y emisiones de carbono.

¿Quién hubiera pensado que diseñar, construir y operar infraestructura en mundos digitales interactivos podría ayudarnos a rastrear las emisiones de carbono y conservar recursos para impactar positivamente el cambio climático?

La clave para aprovechar el valor para el planeta relacionado con la infraestructura es un gemelo digital físicamente preciso, completo con abundantes datos de ingeniería para modelar no solo la infraestructura construida, sino también su entorno. Imagine poder modelar el mundo real afectado por el cambio climático y luego generar ricas experiencias y simulaciones de metaverso para encontrar soluciones. Ya sea capturando los cambios en las llanuras aluviales y el aumento del nivel del océano en el mundo natural o analizando la resiliencia de infraestructura crítica como una red eléctrica, los gemelos digitales de infraestructura son la clave.

Sin embargo, una visión puntual no es suficiente. Al registrar y modelar procesos en nuestros entornos naturales y construidos, y rastrear esos cambios a lo largo del tiempo, podemos utilizar gemelos digitales de infraestructura como una máquina del tiempo para ver dónde hemos estado, dónde estamos ahora y hacia dónde vamos. Esta es una herramienta poderosa para evaluar, cambiar e incluso revertir nuestra huella de carbono.

Los gemelos digitales de infraestructura y las experiencias interactivas inmersivas basadas en ellos ofrecen agentes de cambio virtuales y crean un escenario para satisfacer de manera sostenible las necesidades de infraestructura del mundo.

La tecnología sólo tiene valor si es utilizable y accesible. La tecnología de gemelos digitales, con el metaverso en evolución, proporciona accesibilidad en cualquier plataforma para adaptarse a la experiencia deseada: web, escritorio, móvil o realidad mixta. Estos avances van más allá de la comunidad de jugadores y llegan a los diseñadores e ingenieros de infraestructura, gerentes de proyectos y otras partes interesadas que desean visualizar y modelar la sostenibilidad de su proyecto, ya sea coordinando un sitio de construcción, recorriendo una planta de energía o rediseñando un puente para ser construido más resistente contra condiciones climáticas extremas. Los ingenieros pueden utilizar datos en tiempo real e inteligencia artificial para llevarnos en un viaje simulado hacia el futuro y ver los resultados de las decisiones de diseño, los métodos y la selección de materiales que afectan nuestra huella de carbono.

Combatir el cambio climático es un esfuerzo global, y cualquier organización que intente alcanzar objetivos de desarrollo sostenible necesita las herramientas adecuadas para lograrlo. Esta tecnología se puede democratizar para cualquier tamaño, alcance o complejidad de proyecto, independientemente de en qué parte del mundo se encuentre el proyecto. Los beneficios económicos y ambientales del uso de gemelos digitales para infraestructura no tienen límites. Más bien, la naturaleza de código abierto de la colaboración en el mundo virtual aprovecha al máximo el talento de cualquier ubicación para resolver problemas urgentes.

Según el Centro de Estudios Estratégicos e Internacionales , la infraestructura de agua potable se considera «un aspecto crítico de la agenda del agua» establecida por la Asociación Build Back Better World (B3W) del G7, y la tecnología de gemelos digitales está preparada para asumir los desafíos del agua. escasez y saneamiento a escala global.

En la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica, los científicos del Centro Nacional de Datos Climáticos utilizan datos históricos de precipitaciones de gemelos digitales para probar virtualmente el funcionamiento de los sistemas de aguas pluviales existentes. Luego pueden pronosticar datos para modelar el impacto de una tormenta importante y ver el impacto que tendría en cualquier diseño de infraestructura de aguas pluviales presente o futuro. Los proyectos de infraestructura hídrica mapeados con gemelos digitales están abordando sistemas de aguas pluviales obsoletos que se están debilitando bajo la presión de las lluvias más intensas y el aumento de las inundaciones causadas por el cambio climático.

Lograr un futuro sin emisiones también podría ser posible con la ayuda de gemelos digitales de infraestructura. Científicos e ingenieros están trabajando virtualmente utilizando gemelos digitales de infraestructura para crear un experimento de energía libre de carbono, con 35 países colaborando para construir el tokamak más grande del mundo, un dispositivo de fusión magnética destinado a demostrar la viabilidad de la fusión nuclear. El proyecto del Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER), con sede en el sur de Francia, espera que el experimento genere 500 megavatios de energía para alimentar hasta 200.000 hogares, si tiene éxito. Las implicaciones de esta fuente potencial e ilimitada de energía limpia tendrían un impacto sin precedentes en los objetivos de desarrollo sostenible.

Los gemelos digitales de infraestructura siguen desempeñando un papel impactante en la reducción de las emisiones de carbono de los proyectos de carreteras y ferrocarriles. La red ferroviaria de alta velocidad del Reino Unido es un excelente ejemplo de cómo los gemelos digitales de infraestructura permitieron a los ingenieros modelar el impacto de carbono de un sistema ferroviario antes de la fase de construcción, optimizando un diseño bajo en carbono y encaminándose para cumplir con los requisitos de carbono establecidos. por la iniciativa net-zero de las Naciones Unidas.

Debido al aumento de la frecuencia e intensidad de los fenómenos meteorológicos extremos, la infraestructura está sometida a una presión cada vez mayor para mejorar el seguimiento y la inspección. En 2021, el Departamento de Transporte del Estado de Nueva York (NYSDOT) utilizó gemelos digitales para evaluar y reemplazar el puente de East 138th Street en el distrito del Bronx de la ciudad de Nueva York . Completar el proyecto en un área tan congestionada implicó un diseño estructural complicado y una coordinación utilizando un gemelo digital como documento de construcción principal. El gemelo digital ahora puede actualizarse continuamente y utilizarse como herramienta para la gestión de activos y la inspección de puentes.

Mientras el metaverso evoluciona, algunos expertos anticipan que podría ser la próxima gran plataforma laboral. En este momento, en el mundo de la infraestructura, los equipos de proyectos y las partes interesadas ya se están reuniendo virtualmente para realizar revisiones inmersivas del diseño de infraestructura y otras tareas críticas, como la coordinación de recursos en el sitio, para completar esos proyectos de manera efectiva.

La representación de mundos virtuales puede requerir un uso intensivo de computadoras, lo que genera su propia huella de carbono. Ser consciente de esto y tomar decisiones de diseño informático eficientes debe ser una consideración al crear experiencias de metaverso.

A medida que las necesidades de nuestro mundo continúan creciendo y cambiando en tamaño y alcance, los gemelos digitales son esenciales para preparar la infraestructura para el futuro e impulsar la acción climática con diseños sostenibles que reduzcan las emisiones de carbono y eliminen los desechos.

Los gemelos digitales de infraestructura no son futuristas. Como componentes fundamentales del metaverso de la infraestructura, permiten a los grupos interactuar y colaborar de nuevas formas para ayudar a resolver los problemas de hoy para un mañana más sostenible y resiliente.

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