Làn sóng này đã góp phần thúc đẩy sự ra đời và phát triển của nhiều công nghệ mới, trong đó có Digital Twins – DT (Song sinh kỹ thuật số).

Digital Twins là gì?

Về cốt lõi, song sinh kỹ thuật số là một khái niệm đơn giản với một định nghĩa đơn giản.

Theo nghĩa rộng nhất, công nghệ song sinh kỹ thuật số là quá trình sử dụng luồng dữ liệu để tạo ra đại diện kỹ thuật số của một tài sản nào đó trong thế giới thực, nhằm cải thiện khả năng cộng tác, truy cập thông tin và ra quyết định.

Nói cách khác, thông qua sự kết hợp giữa công nghệ mô phỏng và dữ liệu (được thu thập từ thiết bị cảm biến, hồ sơ lịch sử,...), các kỹ sư sử dụng phần mềm để xây dựng bản sao ảo của đối tượng hoặc quy trình vật lý.

Một cặp song sinh số bao gồm ba yếu tố sau: Một thực thể vật lý trong không gian thực, Song sinh kỹ thuật số ở dạng phần mềm và Dữ liệu liên kết hai yếu tố trên với nhau.

Lấy một ví dụ, chẳng hạn như rô-bốt dây chuyền lắp ráp. Bản sao kỹ thuật số của rô-bốt này sẽ tái tạo hiệu suất trong thế giới thực của nó bằng cách thu thập thông tin từ dữ liệu lấy được thông qua hoạt động thực tế của rô-bốt. Sử dụng cặp song sinh kỹ thuật số, các công ty và tổ chức có thể thấy đối tượng vật lý sẽ hoạt động như thế nào trong những điều kiện và dưới những áp lực nhất định.

Điều này giúp họ giảm sự phụ thuộc vào nguyên mẫu vật lý. Trước đó, đơn vị phát triển cần chế tạo rất nhiều rô-bốt thật sự ngoài đời thực để chạy thử nghiệm và thu thập dữ liệu chính xác. Giờ đây, song sinh kỹ thuật số giúp làm điều này, đồng thời tiết kiệm thời gian, tiền bạc và giảm lãng phí sử dụng vật liệu. 

Trong cặp song sinh kỹ thuật số, dữ liệu trao đổi giữa bản thể vật lý và bản sao của nó tạo ra một chu kỳ hoàn hảo. Nghĩa là, dữ liệu của đối tượng vật lý giúp doanh nghiệp, tổ chức tối ưu hóa bản sao và ngược lại. Đó là song sinh kỹ thuật số ở mức cơ bản nhất.

Lịch sử phát triển của cặp song sinh số

Ý tưởng về công nghệ sinh đôi kỹ thuật số lần đầu tiên được đưa ra vào năm 1991, trong cuốn sách Mirror Worlds của tác giả David Gelernter.

Tuy nhiên, Tiến sĩ Michael Grieves (khi đó là giảng viên tại Đại học Michigan) được ghi nhận là người đầu tiên chính thức công bố khái niệm phần mềm song sinh kỹ thuật số và áp dụng khái niệm này trong sản xuất vào năm 2002.

Cuối cùng, John Vickers của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ (NASA) đã giới thiệu một thuật ngữ mới - “song sinh kỹ thuật số”- vào năm 2010.

Tuy nhiên, ý tưởng cốt lõi của việc sử dụng song sinh kỹ thuật số làm phương tiện nghiên cứu một đối tượng vật lý thực sự có thể đã được chứng kiến ​​sớm hơn trước đó rất nhiều.

Trên thực tế, có thể nói một cách đúng đắn rằng, NASA đã tiên phong sử dụng công nghệ song sinh kỹ thuật số trong nhiệm vụ khám phá không gian của mình vào những năm 1960, khi mỗi tàu vũ trụ du hành được sao chép chính xác trên một phiên bản ở trái đất, sử dụng cho mục đích nghiên cứu và mô phỏng bởi nhân viên NASA phục vụ trên các đội bay.

Các loại song sinh kỹ thuật số

Có nhiều loại cặp song sinh số khác nhau tùy thuộc vào mức độ phóng đại của sản phẩm. Thông thường, có các loại song sinh kỹ thuật số khác nhau cùng tồn tại trong một hệ thống hoặc quy trình. Hãy tìm hiểu phân loại cặp song sinh kỹ thuật số để thấy sự khác biệt và cách chúng được áp dụng.

Song sinh thành phần (Component twins)/ Song sinh bộ phận (Parts twins)

Còn được gọi là cặp song sinh một phần, đây là cấp độ cơ bản nhất. Bộ phận song sinh gần như giống nhau, nhưng liên quan đến các thành phần ít đóng vai trò quan trọng.

Tài sản song sinh (Asset twins)

Hai hoặc nhiều thành phần có tương tác được thể hiện trong song sinh kỹ thuật số. Cặp tài sản song sinh cho phép nghiên cứu sự tương tác của những thành phần đó, tạo ra vô số dữ liệu hiệu suất có thể được xử lý và sau đó chuyển thành thông tin chi tiết hữu ích.

Cặp song sinh hệ thống hoặc đơn vị (System twins)

Cấp độ phóng đại tiếp theo liên quan đến cặp song sinh hệ thống hoặc đơn vị, cho phép theo dõi các nội dung khác nhau kết hợp như thế nào để tạo thành toàn bộ hệ thống hoàn chỉnh, có thể hoạt động. Cặp song sinh hệ thống cung cấp khả năng hiển thị liên quan đến sự tương tác của nội dung và có thể đề xuất cải tiến hiệu suất.

Quá trình sinh đôi (Process twins)

Quá trình sinh đôi cho thấy cách nhiều hệ thống phối hợp với nhau để tạo nên toàn bộ cơ sở sản xuất. Tất cả những hệ thống đó có được đồng bộ hóa để hoạt động với hiệu suất cao nhất hay không, sự chậm trễ trong một hệ thống sẽ ảnh hưởng đến các hệ thống khác như thế nào.

Quy trình song sinh có thể giúp xác định chính xác sơ đồ thời gian có ảnh hưởng đến kết quả tổng thể. 

Sự khác biệt lớn nhất giữa những cặp song sinh này là lĩnh vực ứng dụng - Ảnh: Internet

Lợi ích và ưu điểm của cặp song sinh kỹ thuật số

Hỗ trợ quá trình nghiên cứu và phát triển sản phẩm (R&D)

Việc sử dụng cặp song sinh kỹ thuật số cho phép nghiên cứu và thiết kế sản phẩm hiệu quả hơn với lượng dữ liệu phong phú về kết quả hoạt động có khả năng xảy ra. Thông tin đó có thể cung cấp cho doanh nghiệp góc nhìn mới, từ đó thực hiện cải tiến sản phẩm trước khi bắt đầu sản xuất hàng loạt.

Mang lại hiệu quả cao hơn

Ngay cả sau khi một sản phẩm mới đã được đưa vào sản xuất, cặp song sinh kỹ thuật số có thể giúp phản chiếu và giám sát hệ thống, nhằm đạt được và duy trì hiệu quả cao nhất trong toàn bộ quá trình sản xuất.

Vòng đời cuối của sản phẩm

Cặp song sinh kỹ thuật số thậm chí có thể giúp nhà sản xuất quyết định phải làm gì với những sản phẩm sắp hết vòng đời và cần được xử lý lần cuối thông qua tân trang, tái chế hoặc biện pháp khác.

Tóm lại, bởi vì chúng là ảo, công nghệ song sinh kỹ thuật số có thể giúp giảm chi phí và rủi ro khi phải làm việc trên thực thể vật lý mà chúng đại diện. Các lợi ích khác bao gồm:

• Cải thiện hiệu quả hoạt động nhờ thu thập dữ liệu kịp thời hơn; Sản xuất nhanh hơn, hiệu quả hơn

• R&D hiệu quả hơn và ít tốn kém hơn từ việc thay thế nguyên mẫu vật lý, vốn tốn kém và khó sửa đổi, bằng nguyên mẫu ảo linh hoạt hơn và tạo ra nhiều dữ liệu hơn;

• Kéo dài thời gian hoạt động của thiết bị vì các vấn đề bảo trì có thể được kiểm tra và phát hiện trong một bản sao kỹ thuật số duy nhất thay vì phải tắt tất cả thiết bị để cách ly sự cố.

Ứng dụng của cặp song sinh kỹ thuật số

Ban đầu, cặp song sinh kỹ thuật số chủ yếu sử dụng trong thiết kế, sản xuất và bảo trì thiết bị vật lý lớn, có giá trị cực cao, chẳng hạn như máy bay, tòa nhà, cầu đường và nhà máy phát điện, nơi sự cố cơ học đe dọa đến tính mạng hoặc gây ra tổn thất tài chính nghiêm trọng.

Sau này, song sinh kỹ thuật số bắt đầu được ứng dụng rộng rãi hơn. Các ngành công nghiệp sau đây đang có nhiều hoạt động nhất trong việc lập kế hoạch hoặc triển khai bản sao kỹ thuật số:

Chế tạo

Thế giới công nghiệp được công nhận là nơi tiên phong trong việc sử dụng cặp song sinh kỹ thuật số, đồng thời chứng kiến ​​​​sự triển khai rộng rãi nhất. Chỉ trong vài năm, hàng loạt nhà sản xuất đã tạo ra cặp song sinh kỹ thuật số của các bộ phận, sản phẩm, hệ thống và bắt đầu triển khai cặp song sinh quy trình để mô hình hóa quy trình sản xuất, thậm chí đôi khi là toàn bộ nhà máy.

Tiện ích và năng lượng

Các công ty điện lực đang nghiên cứu cặp song sinh kỹ thuật số để thiết kế, giám sát và bảo trì nhà máy điện, lưới điện, truyền tải và tiêu thụ.

Công nghệ này cũng có thể giúp cải thiện hiệu quả của hệ thống năng lượng tái tạo, chẳng hạn như lắp đặt năng lượng mặt trời và trang trại gió, nơi mà việc thực hiện sản xuất khó dự đoán hơn so với nhà máy đốt nhiên liệu hóa thạch.

Chăm sóc sức khỏe

Bản sao kỹ thuật số được xây dựng trên hồ sơ sức khỏe điện tử , hình ảnh y tế, trình tự bộ gen và những thông tin y tế khác có thể giúp chuyên gia cũng như nhà cung cấp dịch vụ chẩn đoán bệnh tật dễ dàng hơn, đề xuất phương pháp điều trị bằng cách so sánh bản sao kỹ thuật số của bệnh nhân này với bệnh nhân khác có hồ sơ tương tự.

Thử nghiệm y tế có thể được thực hiện hiệu quả hơn, tránh được rất nhiều rủi ro khi kiểm thử trên người thật. Các nhà nghiên cứu đã chạy mô phỏng trên dữ liệu sinh đôi kỹ thuật số ẩn danh để tìm ra lựa chọn trị liệu phù hợp nhất.

Bản sao kỹ thuật số giúp việc điều trị và chăm sóc sức khỏe hiệu quả, giảm bớt gánh nặng rủi ro - Ảnh: Internet

Quy hoạch và xây dựng đô thị

Cặp song sinh kỹ thuật số đang được sử dụng trong thiết kế các công trình, tòa nhà lớn và giàn khoan dầu trên biển.

Một số người dùng đang mở rộng quy mô cặp song sinh số để tập trung xây dựng cơ sở hạ tầng, bao gồm cả thành phố và những khu vực lân cận.

Cặp song sinh kỹ thuật số cũng đóng vai trò khá quan trọng trong các sáng kiến về xây dựng ​​thành phố thông minh (smart city), nhằm mục đích kết nối cơ sở hạ tầng kỹ thuật số, thường thông qua IoT, đồng thời áp dụng trí tuệ nhân tạo và phân tích dữ liệu lớn (big data) để giúp giao thông vận tải hiệu quả hơn nhưng tiết kiệm năng lượng hơn.

Ô tô

Bản sao kỹ thuật số ứng dụng trong giai đoạn thiết kế phương tiện và các giai đoạn sau của vòng đời sản phẩm, chẳng hạn như dịch vụ chăm sóc. Nhiều nhà sản xuất ô tô cũng đang sử dụng cặp song sinh kỹ thuật số để nâng cao hiệu quả ở nhà máy lắp ráp.

Bản sao kỹ thuật số dự kiến ​​sẽ giảm bớt những đợt thu hồi lớn, đổi trả, bảo hành nhờ cho phép phân tích bản sao số duy nhất của mỗi phương tiện để phát hiện lỗi sớm - Ảnh: Internet

Bán lẻ và thương mại điện tử

Nhà bán lẻ sử dụng digital twins để mô hình hóa vị trí sản phẩm, hành trình của khách hàng tại cửa hàng và tác động của cách bố trí cửa hàng mới đến quyết định mua sắm.

Một số công ty đã bắt đầu sử dụng công nghệ này để xây dựng cửa hàng song sinh trực tuyến nhằm thu hút thêm sự quan tâm của khách hàng đến các trang thương mại điện tử của họ.

Bên cạnh đó, cặp song sinh kỹ thuật số cũng đang giúp cải thiện tính chân thực của hình ảnh sản phẩm 3D.

Vũ trụ ảo Metaverse

Cặp song sinh kỹ thuật số là một phần xây dựng nên metaverse, một khái niệm rộng kết hợp các công nghệ như thực tế ảo, thực tế tăng cường, cho phép người dùng đắm chìm hoàn toàn trong thế giới kỹ thuật số và có tính tương tác cao.

Thực tế tăng cường, một công nghệ nền tảng khác của metaverse, có thể phủ một bản sao kỹ thuật số lên đối tượng mà nó đại diện để cung cấp cho kỹ thuật viên hiện trường dữ liệu bảo trì chi tiết hơn. Bản sao kỹ thuật số cũng có thể cung cấp một số dữ liệu cho hình ảnh trong thực tế ảo.

Cả cặp song sinh metaverse và kỹ thuật số đều đòi hỏi những nỗ lực to lớn để nắm bắt, sau đó phản chiếu kỹ thuật số mọi sự vật, hiện tượng ở thế giới thực. Đối với cặp song sinh kỹ thuật số, quá trình này được gọi là nắm bắt thực tế.

Quá trình thường được thực hiện với một máy quét laze. Máy quét hướng chùm tia laze vào một vật thể và không gian xung quanh để ghi lại các phép đo. Tệp quét laze sau đó kết hợp thành một đám mây điểm (point cloud), tức là một tập hợp các điểm trong không gian 3D phác thảo hình học của đối tượng được quét.

Công nghệ nắm bắt thực tế đã mở rộng ra, ngoài máy quét laze, có thể sử dụng phần mềm điện thoại thông minh và máy bay không người lái - Ảnh: Internet

Trong thời gian tới, các nhà phát triển có khả năng mở rộng việc sử dụng cặp song sinh kỹ thuật số cho nhiều thực thể hơn, từ các bộ phận cơ thể đến con người, thành phố thông minh đến chuỗi cung ứng toàn cầu. Vì vậy, cặp song sinh kỹ thuật số có thể đảm nhận 1 vai trò không hề nhỏ không tương lai.

Nguồn tham khảo:

https://www.ibm.com/topics/what-is-a-digital-twin

https://www.techtarget.com/searcherp/definition/digital-twin