Dijital ikizinizi inşa edin
Etkinleştirme teknolojisindeki gelişmeler, gerçek dünya nesnelerinin sanal modelleri için daha fazla kullanım senaryolarının önünü açıyor.
Pushkar P. Apte & Costas J. Spanos
Yarım yüzyıl önce NASA, Neil Armstrong ve Buzz Aldrin'i Ay'a indirdi ve hayal gücümüzü alevlendirdi. Programdaki teknolojik yenilikler, bugün artık dijital yüzyılımızın omurgasını oluştu-an mikro elektronik, yazılım ve iletişim gibi çok sayıda sektörün ortaya çıkmasını ve gelişmesini sağladı.
Programdaki bir başka yenilik, NASA'nın görev için herhangi bir risk oluşturmadan so- runları giderebilmek amacıyla uzay aracının fiziksel bir ikizini yerde inşa etmesi ve sürdürmesiydi.
Sorunlu Apollo 13 görevi sırasında bunun hayati bir öneme sahip olduğu ispatlandı; uygulama NASA'nın astronotları güvenli bir şekilde eve getirmesine yardımcı oldu. Bu temel kavram şimdi dijital ikizlerin (Dİ) kullanımına dönüştü. İkizler artık fiziksel alemden çok dijital alanda inşa ediliyor. Temelde Dİ, bir fiziksel sistemin çok düşük maliyet ve riskle hızlı ve yaratıcı deneyler yapılmasına imkan tanıyan dinamik bir modeli olarak tanımlanabilir.
Dİ, daha şimdiden bir uçak motorunun veya üretim ekipmanının çalışmasını gözlemlemek ve modellemek gibi özel ve karmaşık uygulamalarda kullanılıyor.
Bu ilk Dİ uygulamaları, en başta veri görselleştirme ve ürün yaşam döngüsü yönetimi için taktik bir işleve sahipti. Ancak şimdi, bir araya gelen teknolojik ilerlemeler sayesinde Dİ ilgi çekici bir dönüm noktasına gelmiş durumda. Daha önce uzmanlaşmış, taktik kullanımının ötesine geçen Dİ'ler, artık çok çeşitli uygulamalar barındıran sahip stratejik araçlar haline geliyor.
Liderler Dİ'den yararlanmak için artık ilham verici bir fırsata sahip: Bir yandan dünyaya ve insanlığa yardım ederken diğer yandan da iş dünyasında yeni başarılar elde edebilirler. Dİ'leri disiplinler arası yeni fırsatlar için strateji oluşturmak, akıllı dijital dönüşümü yönlendirmek, agresif sürdürülebilirlik hedeflerine ulaşmak, çalışanlarının ve topluluklarının sağlık ve güvenliğini artırmak amacıyla kullanabilirler.
SİSTEM NASIL İLERLİYOR?
Dİ'yi özel kılan şey dinamik olması. Her zaman fiziksel sistemin kesin durumunu yansıtması gerekiyor. Bu da iki kilit parçanın, fiziksel ikizinin davranışını tasvir eden modelin ve modelle gerçek zamanlı 'eşleşme' sağlayan sensörlerin birlikte çalışmasını gerektiriyor.
Örneğin, bir binanın içindeki kullanıcı deneyimini tespit etmek için oluşturulan bir Dİ'nin her odanın sıcaklığını, nemini, hava kalitesini ve diğer birçok özelliğini yansıtması gerekir. Tüm fiziksel sistemler gibi binaların da modellenmesi hayli zordur çünkü zamanla değişirler: Borular paslanır, ısıtma bobinleri bozulur ve kirişler zayıflar. Orman, tarla ve insan gibi biyolojik sistemler daha da öngörülemez bir şekilde değişir.
Uçak veya imalat operasyonlarında her yerde bulunan sensörlerle bu tür değişikliklerin izlenmesi daha kolaydır ve halihazırda yapılmış olan büyük sermaye yatırımları nedeniyle maliyet haklı görülebilir. Diğer sistemlerin çoğu için modelleme ve ölçüm yakın zamana kadar zor ve pahalıydı.
Değişen şey, artık olgunluk çağına gelen birden fazla teknolojinin benzersiz şekillerde birleştirilebilmesi oldu.
Nesnelerin Interneti (NI) olgunlaştı, bu nedenle bir çok yeni fiziksel parametreyi doğru bir şekilde ölçmek için her zamankinden daha ucuz sensörlerimiz var. 5G iletişim ağları, neredeyse gerçek zamanlı hızlarda geniş bantlı veri iletimine izin veriyor.
Artırılmış gerçeklik (AG) ve sanal gerçek- likteki (SG) gelişmeler, bir köprü, bir bina veya bir insan organının gerçekçi 3B görselleştirmesini izlememizi mümkün kılıyor. Yapay zeka (YZ) ve otomatik öğrenme teknikleri, bir sistemin işleyişini modellememize ve hatta bazen gelecekteki senaryolarda nasıl çalışabileceğini tahmin etmemize yardımcı oluyor.
Gerçek zamanlı NI verileriyle eşleştirile- bilmesi bu modelleri gerçekliğe çıpalıyor ve Dİ'yi güçlü bir araca dönüştürüyor. Artık gözlemlemekten çok daha fazlasını yapabiliyoruz. Çeşitli fiziksel sistemlerin teşhisi, kontrolü ve hatta kestirimi mümkün hale gelmiş durumda. Peki, bu yeni kabiliyeti nasıl kullanacağız?
STRATEJİK ÖNCELİKLERİN BELİRLENMESİ
Toplum Yararına Veri Teknolojileri Araştırma Merkezi'nde (CITRIS) ve Kaliforniya Üniversitesi'ne bağlı bir araştırma ve yenilik merkezi biri olan Banatao Enstitüsü'nde, binalar, madenler, taşıtlar, yenilenebilir enerji varlıkları, barajlar, ormanlar ve hatta insan doku ve organları gibi muhtelif uygula- malar için doğru Dİ'ler geliştirmek amacıyla sanayi, hükümet ve akademi dünyasından ortaklarla birlikte çalışıyoruz. Siemens, Komatsu, Kajima, Enel Vakfı, Lam Research, SEMI ve Singapur Ulusal Araştırma Vakfı'yla olan deneyimlerimize dayanarak, Dİ'lerden yararlanmada güçlü bir potansiyele sahip iş liderleri arasında yaygın üç üst düzey öncelik görüyoruz: Sürdürülebilirlik, akıllı yenilik, sağlık ve güvenlik.
SÜRDÜRÜLEBILIRLIK
Sürdürülebilirlik, bir çok küresel şirket ve kuruluş için giderek daha yüksek öncelikli bir strateji haline geliyor ve bir çoğu önümüzdeki 10 ile 20 yıl içinde karbon nötrlüğünü yakalamak için agresif hedefler belirledi.
Dİ'ler, enerji tüketiminin büyük ölçüde azaltılmasına yardımcı olarak ve çevreci alternatiflerin daha verimli geliştirilmesini destekleyerek söz konusu sürdürülebilirlik hedeflerinin tutturulmasına çok değerli katkılar sağlayabilir.
Binalar, dünyadaki enerji tüketiminin yaklaşık yüzde 40'ını oluşturuyor ve sera gazı salımında da bununla orantılı bir paya sahip.
Çalışmamızda Dİ'lerin ticari binalardaki enerji tüketiminin neredeyse yarı yarıya azaltılmasına yardımcı olabileceğini tespit ettik. Ayrıca Dİ'lerin temel faaliyetleri sera gazı üreten inşaat, taşocakçılığı ve madencilik gibi sektörlere fayda sağlayabileceğini gördük.
Dİ'lerin ekipman verimliliğini artırabileceğini ve salımları önemli ölçüde azaltabileceğini gösterdik. Bu yenilikler aynı zamanda daha büyük küresel sürdürülebilirlik hedeflerine de yardımcı oluyor çünkü ironik bir şekilde, 'çevreci' alternatifler bile daha fazla madencilik gerektiriyor.
Elektrikli araç pillerinin lityuma, yüksek verimli elektrik motorlarının nadir toprak elementlerine, güneş panellerinin alüminyuma ihtiyacı var.
AKILLI YENILIK
Mevcut yeniliklerin çoğu şeylere 'zeka' eklemeye odaklanıyor Örneğin arabalar, evler, enerji, tarım, altyapı ve şehirlerin tümü 'akıllı' hale getiriliyor. Dİ'ler akıllı sistemlerin bu dijital dönüşümü için gerekli yeniliği destekleyebilir.
Örneğin fiber optik algılama tekniklerini YZ ve otomatik öğrenme modelleriyle birleştirerek rüzgar türbinlerini akıllı hale getirmek için Dİ'ler oluşturduk. Türbinin her detayını ölçerek ve modelleyerek durumunu aralıksız yansıtan bir Dİ oluşturduk. Dİ, türbini sabitleyen binlerce cıvata arasından belirli bir cıvatanın ne zaman gevşeyeceğini bile tahmin ediyor.
Bu, bakım maliyetlerini azaltıyor, ciddi arızaları önlüyor ve yenilenebilir enerjinin güvenilirliğini artırıyor. Algılama ve modellemede benzer yenilikleri kullanarak barajlara olası bir acil durumda gerekli uyarıları yapabilecek ve yollara trafiğin daha sorunsuz akmasına yardımcı olacak 'akıl' ekliyoruz.
Akıllı tarım için geliştirdiğimiz Dİ'ler, her bitkinin veya ağacın tam gereksinimlerini belirlemek için insansız hava araçları ve yer tabanlı tarım robotları kullanıyor. Bu, su, gübre ve tarım ilaçlarının hassas bir şekilde ve minimum atıkla kullanılmasını sağlıyor. Dİ odaklı bu yenilikler gıda güvenliğini artırırken Ka- liforniya gibi kuraklığa eğilimli bölgelerde su krizini hafifletiyor.
SAĞLIK VE GÜVENLIK
Salgın, tele-sağlık ziyaretlerinin çarpıcı bir şekilde artmasıyla uzaktan sağlık hizmetlerini ilgi odağı haline getirdi. Bu trend, güvenli ve uygun olduğu gerekçesiyle ve yerel tıbbi uzmanlığın sınırlı olabileceği uzak yerlerde muhtemelen devam edecektir. Ancak, bir tele-sağlık ziyaretinde kalitenin temel ses veya videonun ötesine geçmesi gerekiyor. Yetersiz hizmet alan kırsal topluluklar için geliştirilen iki büyük pilot programda, hastaları izlemek için gerçek zamanlı sensörleri, hasta verilerini analiz etmek için yapay zekayı ve daha iyi görselleştirme için AG/SG'yi deniyoruz.
Bu Dİ öğeleri, doktorlara hastalıkları hızlı bir şekilde teşhis ve tedavi edebilmeleri için zamanında veri ve hızlı analiz araçları sağlıyor. Dİ'ler iş yeri güvenliğini de artırabilir.
EN İYİ UYGULAMALAR
Heyecan verici bir potansiyele sahip olmasına karşın Dİ'lerin birden fazla teknoloji platformunu entegre ettiği ve önemli finansman, yetenek ve uzmanlık gerektirdiği için uygulanması zor. Bu teknoloji ve organizasyon unsurları etkin bir şekilde planlanıp uygulanmazsa Dİ projeleri hüsran ve hayal kırıklığıyla sonuçlanabilir. Liderlerin ve ekiplerin başarılı olmasına yardımcı olmak için Dİ projelerinde başarı olasılığını artıracak dört kısa öneriye yer veriyoruz.
1. Net bir hedef ve sağlam bir iş gerekçesiyle ilham verin. Bir Dİ projesine insanlara ilham veren ve hayata geçirilebilir bir iş gerekçesine dönüşen, iyi ifade edilmiş bir hedefle başlamak çok önemli.
2. Bir Dİ modeli tasarlarken fizik ve YZ'yi en optimal şekilde harmanlayın. Hem YZ tabanlı modellerin hem de fiziksel modellerin belirli sınırlamaları var.
YZ modelleri büyük miktarda veriye bağlı ve gere- ken doğruluk düzeyi için yeterli miktarda veri toplamak veya üretmek her zaman mümkün olamıyor. Ayrıca bu tür modeller fiziksel içgörü barındırmıyor. Sürücüsüz bir araç, düzlük Dallas'ta değil, engebeli San Francisco'da olduğunu 'anlamıyor' ve bir YZ modeli bilmediğini bilemeyeceği için bu durum feci kazalara yol açabilir.
3. Disiplinler arası uzmanlık oluşturun. Disiplinler arası fırsatlar, teknoloji platformları ile uygulama alanları arasında sinerji gerektirir. Sağlık, tarım, madencilik ve inşaat alanındaki uzmanlar YZ, NI, yazılım ve donanım uzmanlarıyla birlikte çalışmalı. Bir kuruluş, tüm bu uzmanlığa sahip olmayabilir. Liderler, ekiplerinin teknoloji ve alan bilgisinin doğru yetenek karışımına sahip olmasını sağlamak için iyi düşünülmüş ortaklıklar kurmada proaktif bir tutum takınmalı.
4. Yukarıdan aşağıya bir veri stratejisi yürütün. Dİ'ler, ölçülen ve modellenen verilerin alaka düzeyi ve doğruluğu ile yaşar veya ölür. Veri toplamak, teknik bir mesele olduğu kadar bir işletme zorluğudur, tali bir unsur olarak ele alınamaz. Liderler, doğru verilere erişim sağlamak ve bu verilerin kalitesini, kaynağını ve güvenliğini güvence altına almak için yukarıdan aşağıya bir stratejinin mevcudiyetinden emin olmalıdır.
Dİ'ler, karmaşık fiziksel sistemlerin davranışını giderek daha iyi teşhis, kontrol ve hatta tahmin edebildikleri için çeşitli uygulamalar için artık stratejik araçlar haline geliyor. İş liderlerinin de yeni büyüme fırsatları ararken Dİ'lerden nasıl yararlanabilecekleri üzerine kafa yormasının zamanı geldi. Ya bir sonraki salgını başlamadan engelleyebilirsek? Ya küresel enerji tüketimini ve sera gazı salımlarını üçte bir oranında azaltabilirsek? Ya çocuk doktorları uzak kırsal kliniklerdeki hasta veya yaralı çocukları daha iyi tedavi edebilirse? Dİ'ler, bu tür büyük zorluklarla başarılı bir şekilde başa çıkmamıza yardımcı olabilir.
Pushkar P. Apte, Ph.D., Toplum Yararına Veri Teknolojileri Araştırma Merkezi (CITRIS) ve Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley'e bağlı Ba- natao Enstitüsü'nda stratejik inisiyatifler di- rektörü. J. Spanos, Ph.D., CITRIS ve Banatao Enstitüsü'nde direktör ve Kaliforniya Üniver- sitesi, Berkeley'de profesör.