Los gemelos digitales rápidamente están pasando a ser parte de nuestra vida cotidiana. Entre otras cosas, son parte importante de avances espectaculares asociados a la medicina, monitorean la salud de los motores en los aviones, hacen seguimiento a la red de vehículos de Uber y replican la extensa cadena de suministros de Amazon y así le permiten pronosticar con certeza la venta de varios años futuros. También ayudan a autoridades locales a responder a los efectos de las inundaciones y a los fabricantes de autos ahorrar años en el desarrollo de nuevos modelos a través de la simulación de pruebas de conducción y de accidentes. Asimismo ayudan en la administración de fábricas, de empresas y de ciudades. Todo está siendo magnificado y extendido por los recientes progresos en Inteligencia Artificial, lo que les permite a los gemelos hacer predicciones sobre sus contrapartes físicas y entonarse respondiendo a la nueva data que los alimenta.

La idea de crear representaciones simbólicas de cosas del mundo real se remonta muchos siglos. Civilizaciones antiguas hicieron modelos arquitectónicos de sus construcciones. El plan contable de doble entrada, creado en el S.XV, es la representación en papel de las finanzas de un comerciante. Los modelos digitales comenzaron como simples modelos de objetos físicos y de sistemas. En la medida que las computadoras se hicieron más poderosas y más sofisticadas, y además aparecieron los pequeños sensores capaces de medir infinidad de condiciones y alimentar la data al gemelo digital se pudo crear el espejo de la contraparte física. Como ejemplo, un carro de Formula 1 tiene 250 sensores actualizando su modelo durante una competencia. Con IA pueden adicionalmente simular y optimizar actividades en el mundo real.  Los gemelos digitales extienden ese proceso y permiten enfrentar problemas más complejos. Para las empresas, implica mejores diseños, operaciones simplificadas y menos errores costosos. Para la sociedad, la promesa es igualmente atractiva: el cuidado de salud personalizado y las ciudades que fluyen y respiran más fácilmente, gracias a los riesgos expuestos por el modelaje climático.

Cuidado de la salud

Al visitar a un médico dentro de unos años, seguramente estaremos acompañados de nuestra versión virtual. Ese gemelo digital será un modelo real del paciente en la pantalla del médico y le facilitará hacer un diagnóstico preciso.  También abre las puertas para las medicinas y los procedimientos específicamente diseñados para el paciente. Si un órgano puede ser simulado, entonces lo lógico es que también se pueda modelar el potencial impacto de la enfermedad y de las medicinas. Existen esfuerzos para modelar el desarrollo de la placenta durante el embarazo y como ello puede influenciar el riesgo del mortinato. También se está trabajando en otros órganos, incluyendo los pulmones y los riñones.  Los investigadores incluso han logrado avances en la simulación de las complejas interconexiones de las neuronas dentro del cerebro humano, con el fin de poder modelar y estudiar los espasmos epilépticos.  

El corazón

El órgano más relevante para los ingenieros es el corazón, un sistema de válvulas y cámaras que se comprime y se relaja hasta cien veces por minuto para enviar sangre al cuerpo. A pesar de que todos los corazones responden a las mismas leyes de la física, cada uno lo hace de manera diferente. La dieta, la forma de vida, la edad y la condición física pueden alterar la forma en la cual el tejido cardíaco se contrae en respuesta a las señales eléctricas, y la fluidez con la cual la sangre pasa a través de las cámaras del corazón. El entendimiento del impacto de dichos cambios es clave para ayudar a los pacientes a recuperarse de una enfermedad del corazón. Allí podría ayudar un gemelo y por ello se están usando modelos virtuales para tratar la fibrilación auricular. Esta es muy común y si se le ignora puede llevar a una falla del corazón. Hoy en día se le trata con ablación y los pacientes responden de diferentes formas, debido a su tejido cardíaco. Por ello se está trabajando en gemelos digitales para recrear las características de cada paciente y predecir como reaccionarán a la ablación ventricular. Con los avances en la tecnología del escaneo, la estructura y la composición del corazón se pueden replicar dentro de un margen menor a un milímetro.  Usando información de los electrocardiogramas es posible replicar la conductividad eléctrica en diferentes regiones del corazón y con esos patrones el gemelo digital puede simular la ablación y las posibles respuestas del paciente previo a una cirugía.

Más allá del cuerpo humano

Los gemelos de diferentes órganos se pueden desarrollar en forma independiente y posteriormente se les puede combinar. El trabajo de integración de diferentes órganos es el objetivo final para la creación de un cuerpo humano virtual. Ello permitiría el modelaje confiable de todo, desde los efectos de los medicamentos hasta las consecuencias de las operaciones. Ahora bien, hay investigadores haciendo algo similar con la Tierra, combinando gemelos digitales con procesos planetarios específicos. Un gemelo digital de un área geográfica local ayudaría a las autoridades a responder a fuertes lluvias y tormentas.  Les permitiría a las organizaciones responsables del agua y a los propietarios privados probar las posibles consecuencias de las diferentes acciones disponibles. Aquí también, eventualmente se debería poder integrar estos sistemas a pequeña escala y crear un gemelo digital para el planeta.  

El reto más grande para todo esto es conectar la data de calidad que ya existe. Solo para integrar las mediciones de la temperatura de la superficie de la Tierra, se depende de integrar información en diferentes formatos que provienen de sensores, de satélites, de estaciones en tierra, de las que se toman en las profundidades del océano.

Se hace referencia a Digital twins are fast becoming part of everyday life y Digital twins are enabling scientific innovation. La  imagen es cortesía de Bing Image Creator.