Was sind digitale Zwillinge? Wenn Black Mirror zur Realität wird

Hattest du Angst beim Anschauen von Black Mirror? Hast du mit Besorgnis an die Zukunft gedacht? Wir haben eine Botschaft für dich – es gibt eine Technologie, die dich zum Nachdenken anregen sollte. Die unrealistische Welt von Black Mirror wird zur Realität. Lass uns über digitale Zwillinge sprechen.

Digitale Zwillinge – Inhaltsverzeichnis:

1. Was ist ein digitaler Zwilling?
2. Was sind die Haupttypen digitaler Zwillinge?
3. Was ist der Unterschied zwischen digitalen Zwillingen und Simulationen?
4. Hauptanwendungsbereiche digitaler Zwillinge
5. Vorteile digitaler Zwillinge für die Industrie
6. Zukünftige Anwendungen digitaler Zwillinge
7. Bedrohungen und Bedenken

Was ist ein digitaler Zwilling?

Ein digitaler Zwilling ist ein Modell in der virtuellen Realität, das dazu entworfen wurde, ein anderes physisches Objekt, das in der realen Welt existiert, widerzuspiegeln. Der digitale Zwilling ist eine exakte Nachbildung eines Objekts, nicht nur ein Bild oder ein Schema, und auch keine Simulation des Objekts, sondern eine Nachbildung, die alle Merkmale des Objekts widerspiegelt. Die Nachbildung oder das digitale Konzept, das die Informationen über das reale Objekt enthält, kann erstellt werden und existiert als das Objekt selbst und ist dauerhaft mit seinem physischen Modell verbunden.

All dies bedeutet, dass das Konzept der digitalen Zwillinge drei wesentliche Elemente enthält: den realen Raum mit dem realen Objekt, den virtuellen Raum mit virtuellen Objekten und die Verbindung zwischen ihnen, die einen ständigen Informationsfluss zwischen virtuellem Raum und realem Raum ermöglicht.

Die Idee, die Technologie der digitalen Zwillinge zu nutzen, wurde erstmals 1991 in der Veröffentlichung mit dem Titel Mirror Worlds: or the Day Software Puts the Universe in a Shoebox von dem Yale-Computerexperten David Gelernter vorgestellt. In der Veröffentlichung argumentiert Gelernter, dass exakte Darstellungen der Welt, die über den Bildschirm des Computers zugänglich sind, in naher Zukunft für jedermann verfügbar sein werden. In seiner Vision werden die Menschen in der Lage sein, mit Bildern auf die gleiche Weise zu interagieren, wie sie mit der Realität interagieren, die sie jeden Tag erleben. Gelernter prognostiziert, dass Computer anders genutzt werden und erklärt, wie es möglich ist, mit den heutigen Technologien eine Nachbildung der Welt zu erstellen.

Das Konzept der digitalen Zwillinge wurde auch von Professor Michael Grieves entwickelt, der für die erste Anwendung der Idee in der Fertigung verantwortlich ist. Er stellte das Konzept 2002 auf einer Veranstaltung vor, die dem Produktlebenszyklusmanagement gewidmet war. Zunächst wurde das Konzept als das Modell der gespiegelten Räume bezeichnet. Seine Artikel und Veröffentlichungen loben die Perfektion und Benutzerfreundlichkeit digitaler Produkte, die nicht nur von ihren realen Modellen nicht zu unterscheiden sind, sondern auch hervorragend für Test- und Simulationszwecke geeignet sind.

Die Technologie der digitalen Zwillinge ist jedoch nicht so neu, wie es scheint. Die NASA hat die Technologie der digitalen Zwillinge bereits in den 1960er Jahren während ihrer Weltraumexplorationsmissionen genutzt, als Raumfahrzeuge auf der Erde nachgebildet und für Tests und Forschung verwendet wurden. Der bloße Begriff „digitale Zwillinge“, wie wir ihn heute verstehen, wurde 2010 von dem NASA-Spezialisten John Vickers verwendet.

Was sind die Haupttypen digitaler Zwillinge?

Es gibt mehrere Arten digitaler Zwillinge, aber der Hauptunterschied liegt im Bereich oder in der Tiefe der Anwendung, daher können wir von Teile-Zwillingen, Asset-Zwillingen, System-Zwillingen oder Prozess-Zwillingen sprechen. Teile-Zwillinge sind sehr grundlegend, kleine Zwillinge von Arbeitskomponenten. Asset-Zwillinge werden für sogenannte Assets verwendet, die aus zwei separaten Komponenten bestehen, die zusammenarbeiten. Asset-Zwillinge ermöglichen die Beobachtung und Messung der beiden Komponenten in Aktion.

System-Zwillinge befinden sich auf der nächsten Komplexitätsebene. Diese Zwillinge replizieren ganze funktionierende Systeme und ermöglichen das Studium größerer physischer Objekte. Prozess-Zwillinge spiegeln die Arbeit riesiger Systeme wie Fabriken oder anderer großer Strukturen wider. Prozess-Zwillinge helfen, komplizierte Interaktionen zu beobachten und ermöglichen die Synchronisierung von Elementen, um die höchstmögliche Effizienz des Betriebs zu erreichen.

Was ist der Unterschied zwischen digitalen Zwillingen und Simulationen?

Die Konzepte von Simulationen und digitalen Zwillingen werden manchmal in Bezug auf dieselben digitalen Objekte verwendet, aber sie sind unterschiedliche Dinge und die zugrunde liegenden Konzepte sind unterschiedlich. Simulationen werden normalerweise auf einer Plattform wie CAD-Software oder anderen erstellt und müssen keine Beziehung zu einem realen physischen Objekt haben.

Ein digitaler Zwilling hingegen muss in Verbindung mit dem realen physischen Objekt erstellt werden. Der gesamte Prozess der Erstellung digitaler Zwillinge basiert auf realen Daten, die mit dem Objekt verbunden sind. Die digitale Nachbildung ist über IoT-Sensoren mit dem realen Objekt verbunden und erhält Echtzeitdaten, was bedeutet, dass die Daten ständig aktualisiert werden. Der Informationsfluss zwischen dem digitalen Zwilling und dem Objekt ist zweiseitig. Die Ergebnisse von Prozessen, die in digitalen Zwillingen auftreten, können auch wieder mit dem realen, ursprünglichen Objekt verwendet werden.

Hauptanwendungsbereiche digitaler Zwillinge

Die Erstellung digitaler Zwillinge ist nach wie vor sehr kostspielig und arbeitsintensiv, und derzeit ist die Nutzung digitaler Zwillinge auf bestimmte Bereiche beschränkt. Sie werden umfassend in Bereichen wie:

• Stadtplanung

Digitale Zwillinge von Städten können realistische räumliche Daten in 3D- und 4D-Systemen anzeigen. Die Anwendung von Zwillingen ermöglicht eine konsistentere Stadtplanung der Umgebung. Derzeit entscheiden sich immer mehr Städte, Shanghai und Singapur zu folgen und ihre Zwillinge zu erstellen. Alle Daten sind in Echtzeit verfügbar, was alle Operationen im Zusammenhang mit dem Entwurf von Straßen, Gebäuden und Verkehrssystemen erheblich verbessert. Die meisten der neuen Städte, die in letzter Zeit im Nahen Osten gebaut werden, haben ihre digitalen Zwillinge gleichzeitig erstellt.

• Automobilindustrie

Die zweite sehr wichtige Anwendung digitaler Zwillinge finden wir in der Automobilindustrie. Autos haben eine komplizierte Struktur, die viele Systeme umfasst, die zusammenarbeiten müssen, ohne das Risiko eines Ausfalls. Digitale Zwillinge helfen, die Leistung und Effizienz von Fahrzeugen zu steigern. Im Falle von Autos, die mit Unterstützung von KI betrieben werden, ermöglichen digitale Zwillinge eine frühzeitige Überprüfung der Gültigkeit von Prognosen.

• Gesundheitswesen

Ursprünglich waren alle digitalen Zwillinge, die im Gesundheitswesen verwendet wurden, Nachbildungen von Produkten und Geräten. Derzeit wird das Konzept des digitalen Zwillings im Gesundheitswesen auf Patienten angewendet, die diagnostiziert und überwacht werden müssen. Vollständig personalisierte Modelle von Patienten werden erstellt. Diese Nachbildungen ermöglichen die Speicherung und Verfolgung von Lebensstilparametern. Digitale Zwillinge der gesamten Bevölkerung werden eine größere Mustersuche ermöglichen.

• Fertigungsindustrie

Digitale Zwillinge zeigen die Funktionsweise des Objekts über seinen gesamten Lebenszyklus. Die allererste Anwendung der Technologie der digitalen Zwillinge war in der Fertigung. Alle komplizierten Produkte können mit Hilfe digitaler Zwillinge hergestellt werden, und diese können in jeder Phase der Produktion genutzt werden.

• Kraftwerke

Digitale Zwillinge helfen, den Zeitplan für so riesige, komplexe Einheiten wie Kraftwerke festzulegen. Alle Arten von großen Motoren und Turbinen müssen regelmäßig gewartet werden, und ihr Betrieb hängt stark von zyklischen Prozessen ab, die ordentlich verwaltet werden müssen, um sie in Betrieb zu halten. Digitale Zwillinge scheinen hier unverzichtbar zu sein.

Vorteile digitaler Zwillinge für die Industrie

• Risikoreduzierung

Die Gesundheit und Sicherheit der Mitarbeiter sowie der Umwelt können durch die Nutzung von Software für digitale Zwillinge geschützt werden. Geschäftliche Ziele können durch die Reduzierung von Unfällen während des Produktionsprozesses aufrechterhalten werden. Mit der Technologie der digitalen Zwillinge ist es viel einfacher, kostspielige Ausfallzeiten zu vermeiden.

• Produktqualität

Mit den besseren Einblicken, die durch Simulationen, die mit der Technologie der digitalen Zwillinge durchgeführt werden, können Unternehmen die Qualität ihrer Produkte verbessern und sie in Echtzeit anpassen, wenn die Notwendigkeit besteht.

• Die Wartungskosten sind niedriger

Digitale Zwillinge liefern dem Unternehmen Vorhersagen, die den gesamten Produktionsprozess betreffen. Dies ermöglicht es ihnen, Reparaturen oder Teilewechsel zu planen, bevor etwas ausfällt.

Zukünftige Anwendungen digitaler Zwillinge

Es gibt keine Grenzen für die zukünftige Anwendung digitaler Zwillinge. Derzeit lernen digitale Zwillinge noch ihre neuen Fähigkeiten, aber die Menge an investiertem Geld und die Menge an kognitiver Leistung steigen jedes Jahr exponentiell. Heutzutage wächst der Markt für digitale Zwillinge hauptsächlich in mehreren führenden Sektoren wie Fertigung, Automobil, Luftfahrt, Energie, Gesundheitswesen und Logistik, aber es wird prognostiziert, dass sich ihre zukünftige Entwicklung auf alle möglichen Bereiche menschlicher Aktivitäten erstrecken wird.

• Intelligente Städte

Der Hauptgrund für die Wissenschaftler, die digitale Zwillinge für Städte und Gemeinden schaffen möchten, ist die Kohlenstoffemission, die von riesigen städtischen Strukturen erzeugt wird. Es wird geschätzt, dass Städte etwa 70 % des Kohlenstoffs produzieren und mehr als zwei Drittel der weltweiten Energie verbrauchen. Es wird erwartet, dass viele Städte wie Miami, New York, San Diego und Jakarta, zusammen mit einem erheblichen Gebiet in China und Indien bis 2050 unter Wasser stehen werden.

Eine nachhaltigere Planung der Stadtentwicklung und eine bessere Kontrolle über die Zeit und Ressourcen, die von der Bauindustrie (derzeit hochgradig ineffizient) verwendet werden, können helfen, den Energieverbrauch und die Kohlenstoffemission in die Atmosphäre zu reduzieren. Digitale Zwillinge von Städten sind die Lösung für das Problem – sie können helfen, alle Prozesse der Urbanisierung wie Entwurf, Planung, Bau und tägliches Management zu optimieren. Digitale Zwillinge können die Verschwendung von Energie aus schlecht isolierten, alten Gebäuden reduzieren sowie die Emissionen aus dem ineffektiven Verkehrsfluss senken.

Derzeit gibt es viele städtische Projekte auf der ganzen Welt in Arbeit. Diese Städte haben noch keine digitalen Zwillinge, aber sie werden kommen, wenn Regierungen und lokale Staaten erwarten, sie einwandfrei zu betreiben. Der Umfang des Projekts ist immens – die meisten der großen Städte streben danach, früher oder später intelligent zu werden. Das Ministerium für Wohnungsbau und Stadtentwicklung der Regierung Indiens hat 100 Städte ausgewählt, die bis 2023 intelligent werden sollen. Die Staaten und die Regierung sind die Hauptinvestoren und Initiatoren des Projekts indischer intelligenter Städte. Alle intelligenten indischen Städte sollen die Teilnahme intelligenter Menschen durch die Nutzung von IKT (mobilen Werkzeugen) ermöglichen.

China hat eine höhere Anzahl an Projekten für intelligente Städte in Betrieb – fast 500. Es gibt 100 führende Städte, darunter die bekanntesten wie Peking, Shanghai, Shenzhen, Hangzhou, Chengdu und Wuhan. Die meisten von ihnen befinden sich noch im Bau, aber es wird erwartet, dass China das erste Land auf der Erde sein wird, das in Zukunft vollständig intelligent ist.

Einige der größten intelligenten Städte befinden sich in den Vereinigten Staaten, darunter New York, Los Angeles, San Francisco, Phoenix, Salt Lake City, Denver, Miami und Minneapolis. London und Dubai werden ebenfalls intelligent, ähnlich wie Paris, Jakarta, Melbourne, Barcelona und Taipeh. Wie wir sehen, streben die meisten der größten Städte an, in naher Zukunft intelligent zu werden, und alle werden schließlich ihre digitalen Zwillinge haben.

• Die Erde und die Landwirtschaft

Für eine bessere Kontrolle über die Kohlenstoffdioxidemission wird der Zwilling der Erde entwickelt. Es wird gesagt, dass der digitale Zwilling helfen sollte, Veränderungen im Klima vorherzusagen und die Ergebnisse solcher Veränderungen vorherzusagen. Das Projekt begann Mitte 2021 und es wird erwartet, dass es mindestens zehn Jahre dauern wird. Am Ende wird ein vollständiges, hochpräzises digitales Modell der Erde entworfen. Die Nachbildung der Erde soll alle Prozesse darstellen, die an der Erdoberfläche stattfinden. Auch Lebensmittel, Wasser und Energie werden durch diesen Zwilling überwacht.

Einige der Lösungen im Zusammenhang mit digitalen Zwillingen werden bereits in der Landwirtschaft eingesetzt, um die Produktion von Pflanzen wie Mais, Weizen und Soja zu steigern. Die Sensoren überwachen das Wetter und die Qualität des Bodens. Natürliche Ereignisse wie Tornados, Überschwemmungen und Dürre stellen ein Risiko für die Ernährungssicherheit dar; genaue Vorhersagen, die durch die Technologie der digitalen Zwillinge bereitgestellt werden, könnten die Lösung für die Landwirtschaft sein.

• Digitale Zwillinge von Menschen

Eine digitale Welt intelligenter digitaler Städte könnte digitale menschliche Bewohner benötigen, um zu gedeihen. Menschen können ihre digitalen Zwillinge haben, und die Technologie ermöglicht bereits die Schaffung solcher Entitäten. Digitale Zwillinge von Menschen, die ein digitales Leben führen werden, sollen vor Ende des Jahrzehnts in Gebrauch kommen, was ziemlich bald ist. Diese digitalen Zwillinge sollen denken und von realen Modellen – Menschen – lernen.

Bedrohungen und Bedenken

Digitale Zwillinge von Menschen können für Arbeitgeber, Unternehmen und Firmen nützlich sein, aber wäre es ebenso vorteilhaft für Einzelpersonen? Es könnte sich als äußerst unethisch und schädlich für menschliche Interaktionen erweisen. Digitale Zwillinge von Menschen, die die benötigten Fähigkeiten erlernen, könnten Menschen ersetzen und sie überflüssig machen. Arbeitgeber könnten sich entscheiden, einen digitalen Menschen anstelle einer realen Person einzustellen, was nur verständlich ist, wenn man die Lebenshaltungskosten beider Wesen vergleicht.

Das Ende von Freiheit und freiem Willen. Unter den Lobeshymnen über die Funktionen digitaler Zwillinge von Städten gibt es solche, die für Menschen möglicherweise nicht so vorteilhaft sind. Es wird gesagt, dass Regierungen oder andere verwaltende Stellen alle wesentlichen Aspekte des Lebens im städtischen Raum kontrollieren könnten. Der digitale Zwilling wird in der Lage sein, den Verkehrsfluss zu kontrollieren – was bedeutet, dass man möglicherweise nicht dorthin reisen kann, wo man möchte, und die Temperatur von Räumen und Wasser, das in den Wohnungen der Bürger verwendet wird, zu kontrollieren – was bedeutet, dass man möglicherweise nicht mehr lange duschen kann.

Die Menge an Macht und Kontrolle, die die Technologie der digitalen Zwillinge unbekannten, unvorhersehbaren Autoritäten, die unsere Städte regieren werden, verleiht, ist übermäßig und gefährlich – es wird eine Million Möglichkeiten geben, ungehorsame Individuen zu bestrafen, nur durch die Manipulation der unmittelbaren Umgebung der Person (fehlender Zugang zu Dienstleistungen, eingeschränkte Menge an Ressourcen, begrenzte Reisemöglichkeiten).

     

Reale Menschen könnten gezwungen werden, in kleinen, beengten Räumen zu leben, ohne Zugang zur Natur oder zu anderen Lebewesen. Während Einzelhandelsunternehmen planen, in die virtuelle Realität einzutreten, wird das Einkaufen auch über virtuelle Medien realisiert. Es scheint, dass einige der großen Designer der Technologie digitaler Zwillinge vergessen haben, dass Einkaufen nicht nur den Erwerb von Waren betrifft, sondern mehr mit: Sozialisierung, Unterhaltung und Erfrischung des Geistes zu tun hat.

Derzeit gibt es lebende Beispiele für intelligente Städte, die in Bezug auf ethische und Freiheitsfragen analysiert werden können. Peking wird für sein Zahlungssystem gelobt, das ein bargeldloses Dasein in der gesamten Stadt ermöglicht – werden alle Bürger der Welt gezwungen sein, ein intelligentes Gerät zu besitzen? Guangzhou hat Personalausweise durch Smartphones ersetzt – das System ist voll funktionsfähig, ermöglicht jedoch eine größere Kontrolle über die einzelnen Bürger als jemals zuvor. Menschen, die die Regierung kritisieren, haben in Guangzhou keine Chance mehr, sich zu verstecken.

Die entscheidende Frage zu digitalen Zwillingen des realen Raums (Städte, Erde, Objekte) und digitalen Zwillingen von Menschen betrifft die Verbindung zwischen dem Menschen und seiner Nachbildung, die für den gesamten Prozess erforderlich ist – wäre es ein Smartphone oder ein anderes Gerät. Der Übergang in die digitale Realität scheint für einige Bereiche des menschlichen Lebens notwendig zu sein, aber die Technologie der digitalen Zwillinge ist sehr energieintensiv. Sollten wir uns nicht fragen, ob alle Anwendungen der Technologie der digitalen Zwillinge wirklich in allen Aspekten unseres Lebens notwendig sind und wer genau von der Schaffung menschlicher Prototypen profitieren möchte, die mit denkenden Zwillingen in einer unrealistischen, unnatürlichen und vollständig kontrollierbaren Welt leben?

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