“التوأمة الرقمية” تقنية لكشف الأضرار والتنبؤ بها قبل حدوثها

عقب كارثة زلزال كهرمان مرعش، استخدمت تركيا تقنية “التوأمة الرقمية”، لتقييم المنازل التي لحقت بها أضرار، والحد من خطر تفاقم الكارثة وتزايد الأضرار.

وتُعرف تقنية “التوأم الرقمي” بأنها إنشاء نسخة رقمية طبق الأصل من كائن مادي أو نظام أو عملية، لاستخدامها في التحليل والتحسين وتقليل التكاليف وتفادي الأضرار قبيل حدوثها.

تُستخدم هذه التقنية في مجموعة كبيرة ومتنوعة من الصناعات، أبرزها النقل والطاقة والتصنيع والرعاية الصحية والبناء.

ومن خلال أجهزة استشعار وكاميرات وطائرات “درون”، تُجمع بيانات العنصر المادي المراد تحليله أو تقييمه، وبواسطة هذه البيانات يجري إنشاء النسخة الرقمية للعنصر أي “التوأم الرقمي”، ويمكن لهذه النسخة محاكاة سيناريوهات العالم الحقيقية، واختبار العنصر ومدى كفاءته في أثناء العمل، سواء كان آلية (محرّك سيارة أو محرك طائرة)، أو جسمًا صلبًا في أثناء الزلازل.

وبمجرد جمع البيانات، يمكن استخدامها لإنشاء نماذج تحليلية حسابية لإظهار تأثيرات التشغيل، والتنبؤ بحالات مثل التعب، وتحديد السلوكيات.

واستُخدمت هذه التقنية بالفعل لحل عدد كبير من التحديات، منها اختبار الإجهاد ومقاومة التآكل لتوربينات الرياح البحرية، وتحسينات الكفاءة في سيارات السباق، بحسب منظمة “TWI” المختصة في البحث والتكنولوجيا.

يتيح “التوأم الرقمي” للمهندسين والخبراء البحث عن حلول لإطالة عمر المنتج، وتحسينات التصنيع وتطوير المنتج واختبار النموذج الأولي، إذ يمكن ابتكار حل واختباره في العالم الافتراضي للمنتج بدلًا من العالم الحقيقي، يمكن أن يشمل ذلك مواجهة بين النموذج الرقمي وكائن مادي فعلي لإرسال الملاحظات والبيانات وتلقيها في الوقت نفسه.

تساعد “التوأمة” في تحديد مخاطر السلامة المحتملة ونقاط الضعف في الهياكل المنزلية، وهذا يسمح بإجراء الإصلاح والتحسينات قبل حدوث الزلازل، ويمكن أن تكون مفيدة في تقييم المنازل المتضررة أيضًا، إذ توفر للمهندسين والخبراء فهمًا تفصيليًا للمنازل المتضررة، وتحديد نقاط الضعف في وقت قصير، ما يقلل الوقت والتكلفة التي تنطوي عليها هذه الأنشطة.

أبرز الاستخدامات

تستخدم شركة السيارات “تسلا” هذه التقنية في جميع سياراتها، إذ تنشئ محاكاة رقمية للسيارات من خلال أجهزة الاستشعار الموجودة على المركبات، وهذا يسمح للشركة بتحديد الأماكن التي من المرجح أن تحدث فيها الأعطال، وتقليل الحاجة إلى إحضار السيارات لمحطات الخدمة للإصلاح والصيانة، بحسب مجلة “فوربس” الأمريكية.

كما يملك ملعب “صوفي” في لوس أنجلوس بأمريكا “توأمًا رقميًا” خاصًا به، ويضم حرم هوليود الذي حوله، وتم تشييد “التوأم الرقمي” في حين كان الملعب قيد الإنشاء عام 2020، وهو يجمع البيانات للإجابة عن أسئلة الجميع من منظمي الأحداث والمهندسين الذين يقومون بعمليات صيانة.

ويوجد العديد من الأمثلة للاستخدام الرقمي في المدن، مثل استخدام الصين “توأمًا رقميًا” لكامل مدينة شنغهاي، وفي البنية التحتية مثل شبكة النقل والطرق في مدينة لوس أنجلوس الأمريكية.

فكرة “التوأمة الرقمية” استُخدمت أول مرة عام 1970، عندما أنقذ مهندسو وكالة الفضاء الأمريكية (ناسا) مركبة “أبولو 13” الفضائية من انفجار خزان الأكسجين فيها عبر استخدامهم أسلوب المحاكاة، وإنشائهم “توأمًا” مماثلًا للمركبة في المحطة الأرضية.

وتعتمد هذه التقنية على المحاكاة الهندسية، والفيزياء، والكيمياء، والإحصاءات، والتعلم الآلي، والذكاء الصناعي، ويمكن عرض هذه النماذج عبر تمثيلات ثلاثية الأبعاد، ونمذجة الواقع المعزز من أجل مساعدة الإنسان على فهم النتائج.

وصنفت مؤسسة “غارتنر” للأبحاث، في عام 2017، تقنية “التوأم الرقمي” ضمن قائمة أهم عشرة توجهات تكنولوجية مستقبلية.