Aplicabilidad e importancia de los Digital Twins en el ámbito Smart Cities

La idea del Digital Twin (gemelo digital) no es nueva. Ya en 2002 se comenzó a hablar de crear representaciones digitales de sistemas físicos que tuvieran entidad por sí mismas.

Actualmente, en Industria 4.0 el concepto de Digital Twin ya forma parte de la estrategia de empresas dedicadas a la innovación y diseño de productos.

Ya en 2018, Digital Twin era para Gartner una de las 10 tendencias tecnológicas del año:

Concepto de un Digital Twin

Pero, ¿qué es exactamente un Digital Twin? De manera simplificada, se podría decir que es una representación digital de una entidad o sistema del mundo real que no actúa como un reemplazo del objeto físico del sistema que representa, si no como una replica de este, permitiendo la comuniación (testeo, monitorización, mando) de este dispositivo físico sin tener que estar pegado a él.

Desde nuestro punto de vista, creemos que el concepto de Digital Twin tiene sentido tanto dentro del IoT, donde estos “gemelos digitales” están vinculados a objetos del mundo real y ofrecen información sobre el estado de la Thing, responden a los cambios,etc., como fuera de IoT, donde existe un gran potencial para vincularlos a entidades que no son simplemente «cosas», de modo que en el futuro las representaciones digitales de todos los aspectos de nuestro mundo estarán conectadas dinámicamente y usando capacidades basadas en inteligencia artificial permitirán simulación avanzada, operación y análisis.

Un tema clave y aún por resolver en el ámbito de Smart Cities; una ciudad inteligente sostenible y que funciona bien requiere una orquestación de personas, procesos, departamentos municipales, organizaciones públicas y privadas, políticas y tecnologías que trabajan juntas en todo el ecosistema de la ciudad inteligente.

¿Y qué tal si todos estos entes se representasen como Digital Twins? ¿Y si la plataforma de ciudad permitiese orquestar estos Digital Twins independientemente de cómo funcione su representación física?

A nuestro modo de ver, usar la plataforma de ciudad para modelar y orquestar Digital Twins tiene numerosas ventajas, entre ellas:

• Proporciona una abstracción de alto nivel sobre el comportamiento de un sistema real: permitiendo conocer su estado (como está funcionando actualmente), cómo interactúa con su entorno (eventos que genera de forma autónoma) y como su entono la afecta (acciones que el entorno puede solicitar al sistema).
• Permite tratar de forma homogénea a cada solución en un entorno heterogéneo de aplicaciones verticales.
• Permite aglutinar y dar sentido a la información (estado, acciones, eventos, etc.) de los diferentes Digital Twins (sistemas verticales), mediante el análisis conjunto de la información que generan por separado.
• Orquestar diferentes sistemas: disponer en una plataforma de la representación en tiempo real de los distintos verticales, permite componer reglas que agregando información de diferentes orígenes permitan desencadenar acciones en los distintos sistemas verticales afectados.
• Simular escenarios: no es necesario disponer del sistema físico subyacente a uno o varios Digital Twins, para comprobar el comportamiento general bajo ciertas circunstancias. Si uno o varios sistemas se simulan respetando en su Digital Twin la interfaz que tiene el sistema físico real, se puede comprobar como responde integrado con el resto de sistemas de la ciudad.
• Implantación incremental de sistemas verticales: la integración de verticales es una tarea compleja tanto en la fase de desarrollo como en la implantación. Mediante el modelado con Digital Twins, la interfaz de cada sistema es conocida por el resto desde un principio y no es necesario integrar sistemas en un modo P2P, sino que cada sistema se integra con la plataforma, y ya es esta quien orquesta.

Digital Twin y Onesait Platform

Visto esto, la pregunta que cabe preguntarse ahora es, ¿cómo soporta la Onesait Platform el concepto de Digital Twin?

La Plataforma ofrece un soporte completo al concepto de Digital Twins, esto es:

• Modelado de un Digital Twin desde el ControlPanel de la Plataforma: de modo que un usuario puede definir con precisión el interfaz (entradas, salidas y estado) de mi Digital Twin. El modelado permite usar la semántica incluida en la plataforma (entradas, salidas y estado pueden ser a su vez ontologías). 
• Simulación del Digital Twin: de modo que pueda estar probando el comportamiento del Digital Twin, permitiendo usar los módulos de IA de la Plataforma.
• Implementación del Digital Twin: una vez modelado el DT, la plataforma es capaz de generar código en diversos lenguajes para que implemente la funcionalidad requerida para el uso del DT en operación.
• Estado del Digital Twin: nuestros Digital Twins están conectados con la Plataforma de forma segura, y la plataforma tiene un Shadow de su estado.
• Orquestación de Digital Twins: una vez modelados, implementados y en ejecución la plataforma permite construir visualmente una orquestación de Digital Twins, de modo que la salida de un Digital Twin pueda mapearse con la entrada de otro de modo que uno reaccione a los cambios de estado del otro.

Uso práctico en una Smart City

Una de las aplicaciones reales de lo que hemos contado es usar las capacidades de la Plataforma para construir un completo sistema de ciudad, en el que cada vertical está modelado como un Digital Twin y el UI agregador de toda la información generada por los verticales es a su vez un Digital Twin.

Concretamente, hemos generado un vertical de medio ambiente con las capacidades de la Plataforma. De esta forma, teniendo un interfaz claro con entradas, salidas y estado en el futuro podría reemplazar mi Digital Twin por otro de otra empresa que cumpla este interfaz o incluso simular un vertical con un Digital Twin de Simulación.

A la hora de generar este Digital Twin del vertical, se definen las propiedades que se quieren simular; en el caso del ejemplo se generan como propiedades:

• Calidad del aire
• Nivel de ruido
• Nivel de alérgenos
• Información meteorológica

Seguidamente, se simula el Digital Twin escribiendo la lógica en lenguaje Javascript desde el propio Control Panel. Esto es útil para probar interfaces de los Digital Twin, o la integración de uno de ellos con el resto de verticales:

Hecho esto, se crea una instancia de la definición (modelado) del Digital Twin, que como se decía antes, se puede tener diferentes instancias en ejecución de un Digital Twin en función del uso que se quiera darle, bien por simulación, bien porque quiera probar un nuevo vertical de otra empresa, etc.

La Plataforma guía en la instanciación de un Digital Twin, indicando los parámetros de conexión (incluido Token) de la instancia del Digital Twin con la Plataforma:

Además de todo lo mencionado, la Plataforma permite orquestar de forma visual la interacción entre diversos Digital Twins.

Para conseguir esto, los Digital Twins de la Plataforma enviarán todos los eventos que propagan a la Plataforma de forma automática de modo que esta es capaz de rutear las salidas de un Digital Twin a las entradas de otro y establecer reglas entre los Digital Twins.

Ya por último, una vez orquestado todo se puede ver cómo el UI de agregación; en este caso, mostramos el Producto City Landscape Manager (CLM):

Cómo se ha orquestado este Digital Twin en concreto se explica con mayor detalle desde este artículo de nuestro Confluence.

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