¿Qué Es un Gemelo Digital?

La era de la IA física, con IA incorporadas que interactúan con las instalaciones industriales, se está acercando. Esto llevará una mayor inteligencia, automatización y autonomía a fábricas y almacenes de todo el mundo. Los gemelos digitales industriales basados en la física son cruciales para esta transformación, ya que unen los mundos físico y digital. Estas instalaciones virtuales actúan como el lugar de nacimiento y el campo de pruebas para instalaciones inteligentes, simulaciones de robótica y flotas de múltiples robots.

Los desarrolladores de Continental crearon ContiVerse, una aplicación de planificación y operaciones de manufactura de fábricas, que aprovecha las bibliotecas OpenUSD y NVIDIA Omniverse. La aplicación ayuda a los equipos de planificación y operaciones de Continental a optimizar los diseños de las fábricas y planificar los procesos de producción de forma colaborativa, lo que genera una reducción esperada del 10 % en el esfuerzo de mantenimiento y el tiempo de inactividad.

Rockwell Automation está mejorando el diseño, las pruebas y la puesta en marcha de fábricas con su plataforma Emulate3D Factory Test, que permite a los fabricantes desarrollar gemelos digitales a escala de fábrica y basados en la física. Esta capacidad de simulación avanzada aumenta las tasas de obtención de proyectos en un 50 % y reduce el tiempo de lanzamiento al mercado de años a meses.

Foxconn está desarrollando gemelos digitales de fábricas para optimizar los diseños, las configuraciones y la colocación de los equipos, lo que reduce significativamente el costo de los cambios físicos y mejora la eficiencia operativa. Para la nueva instalación de vanguardia de Foxconn en Houston, Texas, los ingenieros están usando la pila tecnológica de gemelos digitales de Siemens, que se desarrolla en las bibliotecas NVIDIA Omniverse, para ensamblar y validar cada sistema mecánico, eléctrico y de plomería prácticamente antes de la construcción.

Los gemelos digitales se están usando cada vez más para las revisiones de diseño e ingeniería de productos. Aceleran la creación de prototipos virtuales y las iteraciones de diseño, lo que permite a los diseñadores e ingenieros explorar diferentes opciones de diseño sin la necesidad de costosos prototipos físicos. Estas réplicas digitales de productos físicos se usan para ejecutar simulaciones complejas para probar varios escenarios, predecir el desempeño y optimizar diseños.

Siemens Teamcenter X usa las bibliotecas NVIDIA Omniverse para permitir a diseñadores e ingenieros crear gemelos digitales inmersivos y fotorrealistas. Los ingenieros pueden navegar, editar e iterar en modelos virtuales compartidos en tiempo real, lo que facilita la colaboración y reduce los errores. Con modelos físicamente precisos y actualizaciones en tiempo real, Teamcenter X permite a los usuarios validar diseños, minimizar los desechos de workflows y ahorrar tiempo y costos en proyectos a escala industrial.

Los gemelos digitales en tiempo real están a la vanguardia de la simulación de ingeniería asistida por computadora (CAE) y tienen una alta demanda en toda la industria de la manufactura, desde el diseño aeroespacial hasta el automotriz y el diseño electrónico. Proporcionan a los ingenieros comentarios inmediatos en el bucle de diseño de ingeniería y les permiten innovar libre y rápidamente para explorar nuevos diseños para automóviles, aviones, barcos y muchos otros productos.

NVIDIA Omniverse Blueprint para la simulación interactiva de fluidos permite a los desarrolladores crear gemelos digitales al combinar solucionadores acelerados, IA de simulación y entornos virtuales. Los desarrolladores de software líderes en la industria como Cadence, Siemens y Synopsys pueden usar los blueprints para desarrollar herramientas de software de CAE que permiten la visualización y el análisis de productos en tiempo real a medida que se desarrollan. Luminary Cloud, un miembro del programa NVIDIA Inception para startups, aprovechó NVIDIA Omniverse Blueprint con su solucionador nativo de la nube y acelerado por GPU para crear un túnel de viento virtual en tiempo real. Rescale también está incorporando el blueprint en su plataforma de física-IA, lo que permite gemelos digitales en tiempo real para desarrolladores de software de la industria.

Las empresas de automóviles, los minoristas y las empresas de CPG están desarrollando configuradores de productos 3D para ofrecer experiencias atractivas y contenido a escala mediante productos y entornos completamente digitales en lugar de recursos físicos. Estos gemelos digitales de productos pueden permitir a artistas sin 3D crear y personalizar contenido 3D fotorrealista y personalizado para campañas de marketing, lo que reduce los costos y los tiempos de producción de contenido al reutilizar los conjuntos de datos y automatizar tareas repetitivas con IA generativa.

El motor de contenido de Unilever y Collective World y la plataforma Grip utilizada por Moët Hennessy muestran cómo las marcas globales están agilizando la producción con renderización 3D en tiempo real, generación automatizada de recursos y verificaciones de consistencia impulsadas por IA, lo que garantiza que cada visual sea preciso para la marca y fotorrealista y esté listo para el mercado a velocidad y escala.

Katana, un estudio de CGI, permite a los equipos de marketing de Nissan crear recursos de campañas a pedido a partir de datos 3D a través de su aplicación de creación de contenido fácil de usar. 

Para llevar esta experiencia al siguiente nivel, los desarrolladores están aprovechando la guía de workflows de streaming espacial para desarrollar soluciones que transmiten gemelos digitales interactivos a Apple Vision Pro, lo que permite a los consumidores ingresar a mundos inmersivos e ingresar al vehículo en realidad extendida (XR). 

Con los microservicios NVIDIA NIM™, USD Search y USD Code, el líder de marketing WPP está permitiendo a The Coca-Cola Company acelerar la iteración en campañas creativas a escala global.

Los desarrolladores de proveedores de software independientes (ISV) y agencias de servicios de producción (como Accenture Song, Collective World, GRIP, Monks y WPP) están desarrollando la próxima generación de soluciones de creación de contenido, con IA generativa controlable, basadas en OpenUSD y el acondicionamiento 3D para una IA generativa visual precisa Omniverse Blueprint.

Para los equipos que diseñan edificios, existe una demanda creciente de colaboración eficiente durante el diseño, iteración más rápida en los renderizados y la expectativa de una simulación y fotorrealismo precisos. Estas demandas pueden volverse aún más desafiantes cuando los equipos están dispersos en todo el mundo.

Los gemelos digitales permiten la colaboración en tiempo real con modelado de información de edificios y fuentes de datos sin BIM en cada fase de diseño. OpenUSD permite a los equipos de diseño de edificios integrar sus datos de arquitectura 3D en un gemelo digital, lo que permite a los usuarios de diferentes herramientas colaborar en el mismo entorno virtual.

La empresa de arquitectura líder Zaha Hadid Architects (ZHA) usa gemelos digitales con OpenUSD para permitir a los equipos de diseño colaborar en diseños de proyectos complejos y acelerar los ciclos de iteración.

Las empresas industriales están integrando cada vez más la IA en sus operaciones para ofrecer instalaciones más automatizadas y autónomas. Con estos cambios, los equipos de operaciones se están centralizando en centros de operaciones remotos. Estos equipos adoptan cada vez más gemelos digitales para monitorear las operaciones, obtener información más profunda sobre los sistemas e instalaciones y acelerar la identificación de problemas y la toma de decisiones.

Microsoft Azure colaboró con NVIDIA para desarrollar una arquitectura de referencia, Azure Arc Jumpstart, y un repositorio público de GitHub para ayudar a los desarrolladores a elaborar gemelos digitales de operaciones. Los desarrolladores pueden aprovechar estos recursos para conectar modelos 3D de sistemas industriales y entornos de producción a datos en tiempo real de los informes de Azure IoT Operations y Power BI.

Las máquinas autónomas, como los automóviles de conducción autónoma y los robots de almacenes, requieren grandes cantidades de datos de sensores para estar entrenadas y preparadas adecuadamente para los entornos en los que operan. 

Los gemelos digitales son el lugar de nacimiento de estos sistemas de IA física. Proporcionan una solución a la brecha de datos que los desarrolladores de inteligencia artificial a menudo experimentan, ya que se pueden usar como un entorno de pruebas seguro para generar datos sintéticos y entrenar, probar y validar modelos de IA. Amazon Robotics, por ejemplo, usa gemelos digitales de sus almacenes para simular y optimizar el diseño y el flujo de los almacenes. La compañía usa estos entornos para generar grandes conjuntos de datos sintéticos fotorrealistas para acelerar el entrenamiento, mejorar la precisión de los modelos de visión por computadora y mejorar la productividad general. Cuando los modelos se implementan en el mundo real, los robots de almacenes pueden detectar objetos de manera más efectiva y recorrer la instalación.

En la industria automotriz, la creación de gemelos digitales para la simulación es crucial para entrenar, probar e implementar vehículos autónomos, pero lograr la fidelidad al mundo real es un desafío. NVIDIA Omniverse Blueprint para la simulación de vehículos autónomos ayuda a abordar esto al permitir la simulación de sensores a gran escala y de alta fidelidad. Con este workflow de referencia basado en API, los desarrolladores como CARLA, MathWorks y Foretellix pueden ofrecer gemelos digitales y renderizar datos de sensores con base física para cámaras, lidares y radares, lo que mejora el desarrollo de vehículos autónomos.

KION Group está aprovechando la plataforma NVIDIA Isaac y Mega, un NVIDIA Omniverse Blueprint para las pruebas de software en el bucle de flotas de múltiples robots, para simular y validar sus sistemas de IA física (incluidas las cámaras inteligentes y las montacargas autónomas) en un entorno virtual antes de la implementación en el mundo real. Al simular las operaciones de los almacenes, KION garantiza una integración fluida, lo que reduce los riesgos de implementación y mejora la eficiencia operativa.

Delta Electronics, un líder global en tecnologías de gestión de energía y térmica, utiliza gemelos digitales para entrenar modelos de visión por computadora y de Inspección Óptica Automatizada (AOI) asistidos por IA, lo que permite la detección rápida de defectos como componentes faltantes o tornillos mal alineados, lo que reduce la necesidad de inspección manual.

Pegatron usa NVIDIA Metropolis for Factories para mejorar sus fábricas de placas de circuitos impresos (PCB) con simulación, robótica e inspección de producción automatizada, lo que logra una precisión del 99.8 % en la detección de defectos con conjuntos de datos pequeños.

Los gemelos digitales están revolucionando el diseño y la operación de los data centers de última generación y las fábricas de IA. Con OpenUSD, los ingenieros pueden integrar y visualizar conjuntos de datos de CAD en un entorno 3D común, mientras que los datos de recursos y las herramientas de simulación listos para la simulación permiten análisis como sistemas de flujo de aire y refrigeración. El uso de gemelos digitales también permite una implementación más rápida y una optimización más eficiente y precisa de los diseños de los data centers, lo que mejora significativamente las etapas de planificación y ejecución del desarrollo de los data centers.

NVIDIA Omniverse DSX Blueprint permite a los desarrolladores elaborar un gemelo digital unificado en el que todos los aspectos de una fábrica de IA se pueden diseñar, simular y optimizar juntos antes de que comience la construcción. Mediante las bibliotecas OpenUSD, los ingenieros pueden agregar y visualizar datos 3D de todos los componentes de las instalaciones, lo que permite simulaciones en tiempo real y físicamente precisas que reúnen a equipos tradicionalmente separados en silos. Este enfoque permite a los ingenieros probar al instante cambios en el diseño, validar redundancia y modelar escenarios de fallas, lo que reduce significativamente el riesgo, ahorra tiempo y prepara diseños de data centers de última generación.

La Biblioteca Central SimReady permite que los equipos de OEM sean descubiertos a través de Hugging Face, lo que conecta a los desarrolladores con recursos de OpenUSD validados para desarrollar entornos de aprendizaje de robots y gemelos digitales de fábricas de IA.

La habilidad de CAD a SimReady transforma los datos de CAD en un recurso de OpenUSD con geometría, materiales y propiedades de física. A través de la conversión automatizada, la asignación de propiedades y la validación, los desarrolladores 3D y los agentes de IA pueden usar recursos físicamente precisos para desarrollar mundos listos para la simulación en la actualidad.

NVIDIA también ha anunciado el desarrollo de un Centro de Investigación de Fábricas de IA en Digital Realty en Virginia. Esta instalación, que funciona con la plataforma NVIDIA Vera Rubin, acelerará los avances en IA generativa, computación científica y manufactura avanzada, y servirá como base para la investigación pionera en gemelos digitales y simulación a gran escala.  

El centro proporciona un campo de pruebas para NVIDIA Omniverse DSX Blueprint (un framework para desarrollos de múltiples generaciones y a escala de gigavatios que utilizan las bibliotecas NVIDIA Omniverse) que establecerá un nuevo estándar de excelencia para la infraestructura de IA. Al integrar sistemas virtuales y físicos, NVIDIA está creando un modelo escalable para desarrollar instalaciones inteligentes que optimizan continuamente el desempeño, la eficiencia energética y la sostenibilidad.

Los gemelos digitales de las fábricas de IA pueden ayudar a los equipos a mejorar la eficiencia energética al modelar la computación, las redes, la alimentación y la refrigeración como un solo sistema. Los desarrolladores pueden usar NVIDIA DSX Sim™ para probar compensaciones entre sistemas, validar diseños antes de la construcción y comparar el comportamiento esperado con el desempeño del mundo real después de la implementación. NVIDIA DSX Exchange™ conecta las señales de las instalaciones y de TI/TO, NVIDIA DSX MaxLPS™ administra dinámicamente la energía dentro de un presupuesto fijo y NVIDIA DSX Flex coordina las cargas de trabajo con condiciones de la red y recursos de energía disponibles. Juntas, estas capacidades ayudan a las fábricas de IA a maximizar los tokens por vatio y optimizar el desempeño dentro de la energía disponible.

Para simular lógicamente la fábrica de IA, NVIDIA DSX Air es una plataforma basada en la nube que crea un gemelo del ecosistema completo de fábricas de IA. DSX Air simula las estructuras de IA NVIDIA Spectrum-X™, incluidos los switches Spectrum Ethernet, las Unidades de Procesamiento de Datos (DPU) NVIDIA BlueField™ y los aceleradores de red de SuperNIC™, así como los aceleradores de red NVIDIA NVLink™ escalables. Además, un ecosistema sólido de socios proporciona simulaciones de soluciones validadas en la plataforma. DSX Air permite el modelado integral de las redes de acceso de usuarios a front-end y las redes de GPU de back-end, lo que reduce el tiempo de implementación para el Día 0 y el Día 1 en más de un 70 % y mejora las operaciones del Día 2 al minimizar el tiempo de inactividad no planificado.

Las instituciones del área de la salud están encontrando casos de uso atractivos para gemelos digitales en áreas como la preparación quirúrgica. Los cirujanos pueden ensayar procedimientos mediante herramientas multimedia y, luego, la transición a simulaciones altamente realistas con la asistencia de gemelos digitales. En la neurocirugía, estos modelos digitales están personalizados para coincidir con la anatomía del cerebro del paciente, lo que permite a los cirujanos practicar en cerebros virtuales que replican con precisión el tamaño, la forma y la posición de la lesión del paciente.

Las simulaciones también emplearon algoritmos de IA para sugerir rutas quirúrgicas seguras y predecir cómo el tejido cerebral respondería durante la operación. Además, los gemelos digitales de los quirófanos permiten a los cirujanos sumergirse en entornos realistas y recibir comentarios sobre su desempeño.

Las ciudades inteligentes están transformando la manera en que vivimos al usar la tecnología para resolver desafíos urbanos complejos. Al aprovechar la potencia de los agentes de IA de análisis de video y la tecnología de gemelos digitales, las ciudades pueden obtener información profunda sobre varios aspectos de la vida urbana, como el flujo de tráfico, la seguridad de los peatones y la planificación de la infraestructura. NVIDIA Blueprint for Smart City AI permite a los operadores de ciudades tomar decisiones informadas, optimizar diseños de ciudades y mejorar la calidad de vida general de los residentes.

Los gemelos digitales permiten la simulación del comportamiento a nivel del sistema sin abstracción, lo que satisface las demandas únicas de las redes 5G y 6G avanzadas. Sus modelos 3D detallados replican con precisión la propagación electromagnética, lo que facilita las pruebas de estrés de numerosas celdas con grandes volúmenes de usuario. 

El Gemelo Digital NVIDIA Aerial Omniverse posiblita simulaciones precisas de sistemas 5G y 6G, desde torres individuales hasta ciudades completas, que incorporan RAN definido por software, simuladores de equipos de usuario y propiedades de terreno realistas. Esto permite a los investigadores simular y desarrollar algoritmos de estaciones base mediante datos específicos del sitio y entrenar modelos en tiempo real para mejorar la eficiencia espectral.

Los gemelos digitales incluso se están aplicando a las iniciativas de modelado climático y eficiencia energética.

Earth-2 de NVIDIA es una plataforma de nube de gemelos digitales climáticos diseñada para mejorar la simulación y la visualización del tiempo y el clima a escala global. Esta plataforma es parte de la iniciativa más amplia de NVIDIA para abordar los impactos económicos y de seguridad de las condiciones climáticas extremas, que se exacerban por el cambio climático.

Al utilizar sustitutos de IA, Earth-2 permite la creación de simulaciones interactivas y de alta resolución que van desde las condiciones atmosféricas globales hasta eventos climáticos locales como tifones y la turbulencia. Earth-2 posibilita un pronóstico meteorológico más rápido y preciso, lo que es crítico para la respuesta y la planificación oportunas ante desastres.

Los gemelos digitales están mejorando significativamente la eficiencia energética en varias industrias al permitir simulaciones y operaciones más precisas y rápidas.

Por ejemplo, Wistron ha utilizado NVIDIA PhysicsNeMo y Omniverse para crear gemelos digitales que simulan el flujo de aire y la temperatura en las instalaciones de pruebas. Esto ha reducido los tiempos de simulación de horas a segundos, lo que mejora la eficiencia energética en hasta un 10 % y reduce las emisiones de carbono. Del mismo modo, Siemens Energy está acelerando las simulaciones de los generadores de vapor con recuperación de calor, lo que reduce el tiempo de inactividad potencial y fomenta mayores prácticas de computación sostenibles.