Los gemelos digitales se han convertido en una herramienta poderosa para transformar diversos sectores, y la industria del vehículo podría obtener importantes ventajas. La verdad es que las propiedades de la IA, las simulaciones por ordenador y el HPC, han cambiado la forma en la que se diseñan los coches, acortando plazos, mejorando los márgenes de beneficios, y haciendo que cada vez tengan mejores prestaciones y fiabilidad.
Aunque te suene a chino esto de los gemelos digitales, lo cierto es que es algo muy común en el mundo de la tecnología, y ahora comprenderás su importancia tú también…
Gemelos digitales
Desde las primeras mesas de dibujo, en las que el ingeniero simplemente dibujaba los bocetos de lo que sería el coche para luego pasarlo a producción, hasta la llegada del CAD que permitía un diseño por ordenador más sofisticado, hasta los nuevos sistemas de simulación para comprobar que todo funciona correctamente antes de ponerlo en práctica, hasta la llegada de los modernos gemelos digitales, mucho ha evolucionado el sector.
Un gemelo digital es una representación virtual, detallada y actualizada de un objeto o proceso físico real, en este caso de un coche. Funciona como un espejo del mundo real, reflejando en tiempo real el estado, comportamiento y características del objeto físico al que está vinculado, ya sea una estructura, un mecanismo o motor, o un conjunto de diferentes sistemas funcionando en conjunto. Aunque en aviación son ya algo normal, para mejorar la fiabilidad y evitar posibles problemas, los coches también lo están comenzando a aprovechar.
La creación de un gemelo digital de un coche implica un proceso complejo que integra diversas tecnologías y disciplinas:
- Recopilación de datos: el primer paso es recopilar una gran cantidad de datos sobre el vehículo, incluyendo datos de diseño, como las especificaciones técnicas, planos CAD y modelos 3D, datos de sensores para obtener información en tiempo real del coche, como la temperatura, velocidad, frenos, transmisión, potencia, RPM, etc., así como datos históricos de registros como el mantenimiento, reparaciones, kilometraje, etc. También es necesario compilar datos del entorno, como condiciones climáticas, tráfico, estados de las carreteras, etc. Por tanto, a diferencia de las simulaciones convencionales, no pueden hacerse antes de haber fabricado el vehículo, ya que se necesita al menos un prototipo físico funcionando.
- Modelado y simulación: una vez se han reunido estos datos se procesan y utilizan para crear modelos virtuales detallados del vehículo, es decir, se pasan a un ordenador mediante un software especial para crear un modelo físico del coche, con todos los componentes, estructuras, etc. Además, también se debe generar un modelo de comportamiento, es decir, que el sistema sea capaz de simular el funcionamiento del vehículo en diferentes escenarios, entornos y situaciones a las que se puede enfrentar el modelo real. También se creará un modelo de datos, que provienen de la información aportada o recogida por el coche real.
- Integración y visualización: los diferentes modelos se integran en una única plataforma que permite visualizar el gemelo digital del coche en 3D. Esta plataforma ofrece diversas funcionalidades, como poder ver el estado actual en tiempo real del vehículo que está funcionando en la realidad, ya sea en condiciones de carretera o en un banco de pruebas, obteniendo datos de los sensores. También simulará los distintos escenarios o condiciones e hipotéticas situaciones a las que se pueda enfrentar el coche real. Otra cosa interesante es disponer de herramientas de software para analizar y procesar los datos obtenidos para obtener información valiosa.
Esta forma de feedback entre el modelo real y el gemelo digital, puede permitir anticiparse a posibles fallas o averías, lo que le da a los fabricantes una potente herramienta para mejorar la calidad y prestaciones de sus vehículos, además de diseñar un mejor plan de mantenimiento preventivo, verificar si puede cumplir con las garantías, vida útil, etc.
¿Dónde y cómo se ejecutan o prueban los gemelos digitales de coches?
Los gemelos digitales de coches se ejecutan en potentes servidores o supercomputadoras, que cuentan con la capacidad de procesamiento necesaria para manejar grandes volúmenes de datos y realizar simulaciones complejas. Mientras mayores capacidades de cálculo, más rápidamente se pueden hacer las simulaciones, o más posibles variables se pueden introducir, lo que significará que el gemelo digital será más parecido al real. Las pruebas de estos gemelos se llevan a cabo en diferentes entornos:
- Entornos virtuales: se utilizan simuladores de conducción virtuales para probar el comportamiento del vehículo en diferentes escenarios, como circuitos de pruebas, entornos urbanos o carreteras de montaña. Esto es lo que se viene usando desde hace tiempo en la F1, y otras competiciones. De esta forma, se puede probar el comportamiento del modelo real en diferentes entornos, o se pueden aplicar las mejoras al modelo digital para ver cómo se comportan antes de llegar a la pista, investigar los mejores setups, etc.
- Entornos reales: en algunos casos, los gemelos digitales se conectan a vehículos físicos para realizar pruebas en condiciones reales de conducción. Esto permite recopilar datos adicionales y validar la precisión de las simulaciones. Por ejemplo, en la F1, siguiendo con el caso anterior, se prueban en pista y se produce una corrección entre la realidad/virtual si es necesario.
¿Para qué tantas molestias?
Los gemelos digitales de coches ofrecen variedad de aplicaciones, como por ejemplo:
- Diseño y desarrollo: permiten a los ingenieros probar diferentes diseños y configuraciones de forma virtual, antes de construir prototipos físicos. Esto reduce costes, acorta los tiempos de desarrollo y mejora la calidad del producto final.
- Mantenimiento predictivo: al analizar los datos del gemelo digital, es posible predecir cuándo es probable que fallen determinados componentes del vehículo, lo que permite realizar un mantenimiento preventivo y evitar averías inesperadas.
- Optimización del rendimiento: se pueden utilizar para optimizar el rendimiento del vehículo, como la aerodinámica, el consumo de combustible o las emisiones. Pueden implementarse correcciones o mejoras en el modelo digital y probarlas, para luego pasarlas al modelo real.
- Desarrollo de vehículos autónomos: también son esenciales para el desarrollo de vehículos autónomos, ya que permiten probar y validar los sistemas de conducción autónoma en diferentes escenarios, sin necesidad de poner en riesgo a ningún ser vivo o comprometer el prototipo real durante las pruebas.