Ao contrário dos gémeos digitais tradicionais, que são usados principalmente para monitorização e análise, os gémeos digitais executáveis são modelos ativos e dinâmicos que podem responder a entradas, simular cenários
e tomar decisões de forma autónoma ou com intervenção humana. O digital twin executável (ou xDT). Em termos simples, o xDT é o digital twin num chip. O xDT utiliza dados de um número (relativamente) pequeno de sensores incorporados no produto físico para realizar simulações em tempo real usando modelos de ordem reduzida. A partir desse pequeno número de sensores, pode prever o estado físico a qualquer ponto do objeto (mesmo em locais onde seria impossível colocar sensores).
Simulação e interação em tempo real
Os xDT são capazes de simular o comportamento e o desempenho do activo físico ou sistema em tempo real. Podem responder a entradas, simular diferentes condições de funcionamento e interagir com sistemas externos ou utilizadores dinamicamente.
Autonomia e tomada de decisão
O xDT pode tomar decisões de forma autónoma com base em regras predefinidas, algoritmos ou modelos de aprendizagem automática. Podem analisar dados, prever resultados e tomar medidas para otimizar o desempenho ou responder a condições em mudança.
Controlo em circuito fechado
Os xDT operam frequentemente num sistema de controlo de circuito fechado, onde os dados em tempo real dos sensores e atuadores são realimentados no modelo virtual para ajustar parâmetros, otimizar o desempenho e manter as condições de funcionamento desejadas.
Análise preditiva e otimização
xDT utiliza técnicas de análise preditiva e otimização para prever comportamentos futuros, identificar potenciais problemas ou oportunidades e recomendar ações para melhorar o desempenho ou mitigar riscos.
Integração com tecnologias IoT e IA
xDT utiliza sensores da Internet das Coisas (IoT), conectividade e algoritmos de inteligência artificial (IA) para recolher dados em tempo real, analisar padrões complexos e tomar decisões informadas. Podem também incorporar modelos de aprendizagem automática para comportamento adaptativo e melhoria contínua.
Adaptação dinâmica e aprendizagem
Os xDT são capazes de aprender com a experiência e adaptar-se às mudanças no ambiente ou nas condições de funcionamento ao longo do tempo. Podem atualizar continuamente os seus modelos, parâmetros e estratégias com base em novos dados e feedback.
Os gémeos digitais executáveis encontram aplicações em vários setores, incluindo manufatura, energia, transporte, saúde e cidades inteligentes. Permitem manutenção preditiva, operação autónoma, otimização de processos e apoio à decisão em sistemas complexos onde a monitorização e o controlo em tempo real são críticos. No geral, os gémeos digitais executáveis representam a próxima evolução na tecnologia digital twin, oferecendo capacidades melhoradas para simulação em tempo real, tomada de decisão e otimização de ativos físicos e sistemas. Um digital twin executável é uma forma avançada de um digital twin que não só representa uma réplica virtual de um activo físico ou sistema mas também tem a capacidade de executar, simular e interagir com o modelo virtual em tempo real.
Modelos baseados na física
Um digital twin executável baseado na física baseia-se em modelos matemáticos que descrevem o comportamento físico do sistema a ser replicado. Estes modelos baseiam-se tipicamente em princípios fundamentais da física, tais como mecânica, termodinâmica, dinâmica dos fluidos, electromagnetismo, e assim por diante. Ao resolver as equações que governam estes fenómenos físicos, o digital twin pode simular o comportamento do sistema do mundo real num ambiente virtual.
Simulação de processos físicos
O digital twin simula os processos físicos e as interações dentro do sistema usando modelos baseados na física. Isto permite-lhe prever como o sistema se comportará em diferentes condições de funcionamento, entradas e cenários.
Simulação em tempo real
Um digital twin executável baseado em modelos físicos pode simular o comportamento do sistema físico em tempo real ou quase em tempo real. Isto permite uma interação dinâmica e tomada de decisão com base no estado atual do sistema e no seu ambiente.
Controlo em circuito fechado
Os gémeos digitais executáveis baseados na física operam frequentemente num sistema de controlo de circuito fechado, onde os dados em tempo real dos sensores e actuadores são utilizados para ajustar os parâmetros de simulação e controlar o comportamento do modelo virtual. Isto permite que o digital twin mantenha as condições de funcionamento desejadas e otimize o desempenho.
Validação e verificação
Os modelos baseados na física utilizados em gémeos digitais executáveis devem ser validados e verificados para garantir a sua precisão e fiabilidade. Isto envolve comparar os resultados da simulação com medições do mundo real e dados experimentais para confirmar que o digital twin representa com precisão o sistema físico.
Embora a modelagem baseada na física seja normalmente utilizada em gémeos digitais executáveis, é importante notar que outras abordagens de modelagem, tais como modelagem orientada a dados, modelos empíricos ou modelos híbridos que combinam física e técnicas orientadas por dados, também podem ser empregadas dependendo dos requisitos específicos e restrições da aplicação.
