Het tijdperk van
digital twins
Een digitale twin, ook wel digitale tweeling genoemd, is een virtuele representatie (virtual twin) van iets uit de echte wereld, zoals een fysiek object, een proces of software (real twin).
TNO onderzocht kansen en bedreigingen van Digital Twinning voor J&V om te bepalen hoe deze technologie in het domein kan worden toegepast.
Toepassing in de medische wereld
Systeem in de echte wereld
Benadering op basis van beschikbare kennis en abstractie
Model in de virtuele wereld
De digital twin levert informatie als input voor besluitvorming
De besluitvorming op basis van de inzichten vanuit de Digital Twin heeft altijd een bepaald doel en leidt tot acties. Het model in de virtuele wereld en de data die het model vanuit de echte wereld gebruikt, moeten relevant zijn om die besluiten te kunnen nemen.
Wanneer het doel bijvoorbeeld het regelen van een klimaatsysteem in een gebouw betreft, is er accurate data en een adequaat model nodig van bijvoorbeeld de luchtstromen en het aantal mensen binnen de ruimtes, maar hoeven variabelen zoals de beveiligingsstatus niet te worden meegenomen. Dit is dus maatwerk.
Als input voor de besluitvorming levert de Digital Twin informatie door het monitoren, analyseren, voorspellen of visualiseren van de werking van het systeem. Hiermee kunnen het verleden, heden en voorspelde toekomsten gesimuleerd worden.
Verkeers- situaties in Google Maps: Voorbeeld-toepassing uit de praktijk
Verkeerssituaties in Google Maps: Voorbeeld-toepassing uit de praktijk
Een bekende applicatie die veel mensen dagelijks gebruiken om verkeerssituaties kenbaar te maken, Google Maps, is in het figuur beschreven om meer grip te krijgen op de werking van een Digital Twin applicatie. Bij het gebruik van Google Maps worden actuele verkeersstromen gemonitord, geanalyseerd en gevisualiseerd door middel van data afkomstig van geospatiële en IoT bronnen. De applicatie ondersteunt de gebruiker om de kortste route van A naar B te berekenen met algoritmen toegepast op de actuele verkeerssituatie op de weg.
Het doel met digital twinning is het monitoren, voorspellen of aansturen van zaken
Descriptive
De Digital Twin is up-to-date met de real twin om (real-time) monitoringmogelijkheden te bieden met echte en virtuele detectie.
Voorbeeld: Digital Twin houdt met sensoren en chips bij hoeveel pepperspray opgeslagen ligt op een politiebureau.
Predictive
Aanvullende redeneerlogica of modellen om wat-als-analyses te doen, die eventuele optimalisaties en besluitvorming ondersteunen.
Voorbeeld: Digital Twin voorspelt dat de Pepper Spray over twee weken op is.
Prescriptive
De Digital Twin is onderdeel van het gehele systeem. Het aansturen kan via suggesties met tussenkomst van een mens (‘human-in-the-loop’) of uiteindelijk automatisch, zodat beslissingen autonoom in het systeem zijn geïntegreerd.
Voorbeeld: Digital Twin plaatst order en zorgt dat binnen een dag vanuit een lokaal punt de pepperspray is aangevuld.
In steeds meer domeinen worden digital twins toegepast
Auto-industrie
Met Digital Twins kunnen autoproducenten op digitale wijze extreme omstandigheden verkennen. In een digitale omgeving kunnen eindeloos ongelukken worden gesimuleerd onder verschillende omstandigheden en typen chauffeurs.
Bouw
Digital Twins worden op dit moment veelvuldig gebruikt om bestaande en toekomstige bouwwerken te modelleren. Digital Twins van bruggen verbinden bijvoorbeeld op digitale wijze hele kleine subonderdelen van de brug als geheel waardoor continue berekeningen kunnen worden gedaan op kritieke brug elementen, gevoed door informatie uit sensoren opgenomen in de brug zelf. Wat is de spanning voor een brug als er file op staat? Wat is de status van kritieke scharnieren? Door dit soort vragen te monitoren kan bijvoorbeeld Rijkswaterstaat effectief anticiperen op het nodige onderhoud van bruggen.
Smart City
“Virtual Singapore” is een dynamisch driedimensionaal (3D) stadsmodel en een collaboratief gegevensplatform, inclusief de 3D-kaarten van Singapore. Na voltooiing van het project zal Virtual Singapore een digitaal 3D-platform zijn dat bedoeld is voor gebruik door de openbare, de particuliere en de onderzoek sector. Het zal gebruikers uit verschillende sectoren in staat stellen geavanceerde instrumenten en toepassingen te ontwikkelen voor het uittesten van concepten en diensten, planning en besluitvorming, en onderzoek naar technologieën om opkomende en complexe uitdagingen voor Singapore op te lossen.
Water Management
Door klimaatverandering neemt kans op extremer weer toe. Ook blijven steden groeien en is energietoevoer zowel qua prijs als levering geen absolute zekerheid meer. De oorlog in Oekraïne laat dit zien in het omhoogschieten van de olie- en gasprijzen. Digital Twins worden daarom ook ingezet bij de watervoorziening van steden, maar ook in het omgaan met water in relatie tot extreem weer.
IOT, sensoren, data science, modellen, AI en ML dragen bij aan de mogelijkheden van digital twins
IoT
De wereldwijde infrastructuur van met het internet verbonden apparaten die informatie delen. IoT-sensoren verzamelen gegevens over objecten en processen, die worden gebruikt om digitale kopieën te bouwen en bij te werken (Digital Twins).
Sensoren
Data van sensoren wordt geanalyseerd en vertaald naar bruikbare inzichten op digitale platforms, zoals dashboards en apps. De kwaliteit van de input data, compatibiliteit en verwerking zijn belangrijk voor Digital Twins die hiervan gebruikmaken.
Data Science en modellen
Data Science wordt gebruikt om gegevens te verwerken en te analyseren. Modellen interpreteren de gegevens, onderlinge verbanden en de betekenis ervan om een virtuele representatie te creëren.
AI en ML
Machine Learning is belangrijk voor Digital Twins, omdat het patronen kan herkennen en deze kan omzetten in acties. Door Machine Learning te blijven toepassen, kan de Digital Twin tijdens de implementatie continu worden verbeterd, waardoor het steeds beter wordt in het voorspellen en uitvoeren van taken.
Bij de Digital Twin van een politieauto zou dit een dashboard zijn om te monitoren wat de status van de auto is: werken alle functies nog, moet er mogelijk onderhoud gepleegd worden?
Belangrijkste trends en ontwikkelingen digital twins
Van descriptief via predictief naar prescriptief:
Een uitbreiding van beschrijvende, via voorspellende, naar aansturende Digital Twins.
Rijkere Reality-Based Human-Computer Interaction:
Er komen rijkere vormen van visualisatie om de resultaten van de analyse in de Digital Twin aan de eindgebruiker te tonen.
Toename van combinaties van Digital Twins:
Steeds vaker worden verschillende Digital Twins gecombineerd tot een samengestelde Digital Twin.
Groeiend gebruik van persoonsdata in Digital Twins:
Persoonsgegevens worden gebruikt om een gepersonaliseerde Digital Twin te creëren, zoals bij de ontwikkeling van Digital Twins voor medische toepassingen om voorspellingen te kunnen doen.
Van physical first naar digital first:
Er wordt een Digital Twin gemaakt nog voordat er een fysieke versie in de echte wereld bestaat: ‘Digital First’.
De wereldwijde infrastructuur van met het internet verbonden apparaten die informatie delen. IoT-sensoren verzamelen gegevens over objecten en processen, die worden gebruikt om digitale kopieën te bouwen en bij te werken (Digital Twins).
“Digital Twins bieden krachtige inzichten, maar brengen ook uitdagingen met zich mee. Zorgvuldige overweging is daarom belangrijk.”
Uitdagingen voor J&V
Er zijn veel uitdagingen, 5 voorbeelden hiervan:
- Interoperabiliteit: het ontbreken van een gestandaardiseerde benadering maakt het lastig voor partijen en Digital Twins om met elkaar te communiceren
- Implementatie: relatief nieuwe technologie vraagt om het verbinden van data en modellen uit verschillende bedrijfsprocessen
- Cybersecurity: de risico’s met betrekking tot cyberveiligheid gelinkt met de Digital Twin
- Betrouwbaarheid: consistentie waarop de methodiek en toepassing iets meet & het vertrouwen van de gebruiker in de techniek
- Ethische aspecten: het ethisch verantwoord toepassen van Digital Twins en het juist handelen met de resultaten
Kansen voor J&V
Er zijn veel kansen: de volgende voorbeelden zijn o.a. bedacht door politiemensen uit de politiepraktijk
- Een Digital Twin ten behoeve van de hulpdiensten op straat
Autorisatie van bewoners en bezoekers van panden met behulp van een Digital Twin - Een Digital Twin van de Rotterdamse Haven
- Een gevangenis aangestuurd door een Digital Twin
- Een Digital Twin die helpt bij het detecteren van dumpafval in rivieren en natuur
- Een Digital Twin van een cybersecuritysysteem van J&V
- Ethische aspecten: het ethisch verantwoord toepassen van Digital Twins en het juist handelen met de resultaten
Benieuwd wat we hier allemaal mee kunnen?
We hebben een long-list samengesteld van kansen. Bekijk bijlage C in het rapport.
Doelen van inzet
Help ons te verbeteren
Door het invullen van dit korte formulier (max 1 min) helpt u ons om dit platform te verbeteren.
Get the full rapport
Dit is een beknopte samenvatting en niet alle details zijn hierin opgenomen. Voor het volledige verslag, nodigen wij u uit om de downloadlink te gebruiken.
