Gêmeos Digitais (ou digital twin) consiste em réplicas virtuais de objetos, sistemas ou processos do mundo real, como turbinas, edifícios ou até mesmo fábricas inteiras. Criados com base em dados capturados por sensores e processados por Inteligência Artificial, Big Data e Machine Learning, os Gêmeos Digitais oferecem uma visão detalhada e dinâmica de sua contraparte física.
É como ter um “clone digital” que pode ser analisado, testado e otimizado sem impacto direto no objeto original. A inovação oferecida pelos Gêmeos Digitais impulsionou o seu uso a nível global em um curto espaço de tempo.
Entre 2020 e 2022, o setor cresceu impressionantes 71%, segundo o relatório “Digital Twin Market Report 2023-2027”, da IoT Analytics. O aumento da adoção dessa tecnologia em indústrias se deve a busca de maior eficiência, economia de recursos e soluções inovadoras para problemas complexos.
Continue lendo e explore as inúmeras possibilidades que os Gêmeos Digitais podem oferecer!
O que são Gêmeos Digitais?
Gêmeos Digitais são representações digitais desenvolvidas para espelhar com exatidão o funcionamento de objetos, sistemas ou processos físicos.
Os modelos integram dados obtidos por sensores e algoritmos sofisticados, permitindo a criação de simulações em tempo real que capturam o desempenho e a interação de suas versões físicas.
A origem desse conceito remonta aos anos 1990, quando David Gelernter idealizou o uso de software para replicar e testar situações do mundo físico no livro Mirror Worlds.
Foi apenas em 2002, entretanto, que os pesquisadores Michael Grieves e John Vickers formalizaram a ideia no artigo “Digital Twin: Mitigating Unpredictable, Undesirable Emergent Behavior in Complex Systems”.
Hoje, os Gêmeos Digitais são amplamente utilizados para prever falhas, melhorar a eficiência e criar soluções inovadoras em diferentes indústrias.
Como funciona a tecnologia dos Digital Twins?
A tecnologia dos Gêmeos Digitais (Digital Twins) funciona ao combinar dados, sensores e modelos digitais para criar uma réplica virtual dinâmica de um objeto, processo ou sistema no mundo real.
O modelo virtual não é uma representação estática, mas uma entidade “viva”, atualizada em tempo real com base em informações coletadas por dispositivos conectados e processadas por tecnologias avançadas.
O ponto de partida para a construção de um Gêmeo Digital costuma ser um Sistema de Informações Geográficas (GIS), que organiza e visualiza dados de forma geoespacial, criando uma base estruturada.
Sensores e câmeras instalados no objeto físico, junto com a Internet das Coisas (IoT), coletam informações continuamente. São capturados desde condições ambientais até variações de desempenho, transmitindo os dados para uma plataforma de software onde o Gêmeo Digital é alimentado.
Integração com Inteligência Artificial e Machine Learning
A Inteligência Artificial (IA) e o Machine Learning (ML) entram em cena para processar os grandes volumes de dados coletados. Esses sistemas são capazes de:
- Reconhecer comportamentos repetitivos no objeto monitorado;
- Prever necessidades de manutenção, antecipando problemas antes que eles ocorram;
- Sugerir melhorias de desempenho para maximizar eficiência e minimizar desperdícios.
Por exemplo, em uma turbina eólica, o Gêmeo Digital pode prever quando será necessário realizar uma manutenção ou como ajustar sua operação para produzir mais energia com menos desgaste.
Diferença entre Gêmeos Digitais e simulações
Embora os Gêmeos Digitais e as simulações compartilhem o uso de modelos virtuais, suas aplicações são bem distintas!
As simulações são utilizadas principalmente para testar cenários hipotéticos ou validar projetos antes de sua implementação. Elas não interagem com o mundo real em tempo real.
Já quando nos referimos aos Gêmeos Digitais, estamos falando de uma operação em sincronia com o objeto físico – recebendo atualizações constantes e permitindo ações imediatas com base em dados reais.
Eles podem ajustar processos, prever eventos e até otimizar operações sem a necessidade de intervenção humana.
Além disso, os Gêmeos Digitais são projetados para trabalhar em escala. Eles podem monitorar desde pequenos componentes até sistemas inteiros, como fábricas ou cidades.
Quais são os benefícios dos Gêmeos Digitais?
Os benefícios associados ao uso dos Gêmeos Digitais são variados e chamam a atenção de empresas que buscam inovar, melhorar a eficiência e reduzir custos. Entenda as principais vantagens:
1) Eficiência operacional
Empresas que adotam Gêmeos Digitais relatam avanço de 15% em métricas operacionais e de vendas, com aumento de até 25% no desempenho do sistema, conforme o relatório da Capgemini de 2024.
Além disso, os Digital Twins ajudam a elevar a sustentabilidade em 16%, permitindo os processos sejam mais eficientes e menos impactantes ao meio ambiente por ajudar a identificar gargalos e otimizar operações com base em análises avançadas.
2) Inovação no desenvolvimento de produtos
O uso de Gêmeos Digitais acelera a criação de produtos ao permitir simulações em larga escala. Por exemplo, 800 simulações podem ser realizadas em um único dia, proporcionando insights sobre o design mais eficiente antes da aplicação no chão de fábrica, segundo Marcelo Prim, gerente executivo de inovação e tecnologia do Senai (via EXAME).
Isso não só economiza tempo, mas também reduz os custos associados a testes físicos, permitindo lançamentos mais rápidos e eficazes.
3) Flexibilidade e escalabilidade
Com os Gêmeos Digitais, empresas conseguem adaptar operações e sistemas com facilidade, ajustando-se rapidamente às mudanças do mercado.
Eles oferecem a possibilidade de criar versões virtuais de processos para atender a demandas específicas, garantindo mais personalização no atendimento aos clientes.
4) Monitoramento remoto
A natureza virtual da tecnologia permite que instalações e equipamentos sejam monitorados de forma remota, reduzindo a necessidade de visitas presenciais, especialmente em locais perigosos ou de difícil acesso.
Portanto, o bom uso de Gêmeos Digitais pode aumentar a segurança dos trabalhadores e também melhorar o controle sobre operações em diferentes locais.
5) Tomada de decisão baseada em dados
Os Gêmeos Digitais fornecem informações precisas e em tempo real para uma tomada de decisão mais assertiva.
Eles permitem prever incidentes, otimizar processos e ajustar parâmetros de produção, resultando em decisões baseadas em evidências concretas, o que reduz riscos e maximiza resultados.
6) Redução de custos e tempo
Ao antecipar problemas e simular cenários, os Digital Twins ajudam a evitar falhas que poderiam gerar custos elevados.
Um exemplo prático é a Unilever, que implementou essa tecnologia em uma fábrica de sabão no Brasil e obteve uma economia de US$ 2,8 milhões, além de aumentar a produtividade em até 3%. Isso foi possível graças à otimização de parâmetros de fabricação, como temperatura e consumo energético.
Quais são os tipos de Gêmeos Digitais existentes?
Os Gêmeos Digitais podem ser classificados de acordo com o nível de detalhamento e a escala do modelo virtual que representam. Cada tipo possui aplicações específicas. Confira a seguir.
1) Gêmeos de componente
Os gêmeos de componente reproduzem digitalmente uma única peça de um sistema maior. Por exemplo, um gêmeo digital do motor de um carro elétrico pode monitorar sua temperatura, vibração e desempenho em tempo real.
Assim, eventuais problemas, como superaquecimento, podem ser detectados antes de causar falhas.
2) Gêmeos de ativo
Os Gêmeos de ativo englobam dois ou mais componentes que trabalham em conjunto dentro de um sistema. No caso de uma turbina eólica, o gêmeo de ativo incluiria o motor, as pás e o gerador.
Ele analisaria como esses componentes interagem, ajudando a otimizar a produção de energia e a identificar problemas de integração, como o desalinhamento das pás.
3) Gêmeos de sistema
Os gêmeos de sistema mostram como diferentes ativos funcionam juntos em um sistema maior. Considere uma usina de energia como exemplo!
Um gêmeo de sistema poderia modelar a interação entre várias turbinas eólicas, as linhas de transmissão e os sistemas de armazenamento de energia. Tal visão ampla permite avaliar como alterações em uma turbina impactam a operação de toda a usina.
4) Gêmeos de processo
Os gêmeos de processo fornecem uma visão completa do ambiente digital, abrangendo componentes, ativos e sistemas que funcionam juntos. Agora, nosso cenário de exemplo será uma fábrica de automóveis.
Um gêmeo de processo pode simular toda a linha de produção, desde a montagem inicial até o controle de qualidade, para reconhecer gargalos, prever atrasos e otimizar a eficiência em toda a operação.
Em quais setores essa tecnologia é utilizada?
A versatilidade dos Gêmeos Digitais faz com que essa tecnologia seja amplamente adotada em diversos setores, transformando operações e trazendo soluções inovadoras. Vejamos alguns exemplos de aplicação!
Cidades inteligentes
Com modelos virtuais de redes de transporte, sistemas de energia e gestão de resíduos, é possível otimizar a mobilidade urbana, reduzir custos e promover a sustentabilidade.
Por exemplo, um modelo digital pode simular o impacto de uma nova linha de metrô antes de sua construção, antecipando gargalos e otimizando o projeto.
Saúde e bem-estar
Na área da saúde, gêmeos digitais permitem criar modelos personalizados do corpo humano, auxiliando em tratamentos e cirurgias. Simulações podem até mesmo prever os efeitos de um implante cardíaco antes mesmo de ele ser aplicado no paciente!
Desenvolvimento de produtos
Empresas que produzem bens físicos utilizam Gêmeos Digitais para acelerar o ciclo de desenvolvimento de produtos. Um exemplo prático é o uso da tecnologia para testar virtualmente protótipos de veículos, identificando falhas no design e ajustando processos antes de iniciar a fabricação.
Manufatura inteligente
Na indústria, Gêmeos Digitais monitoram linhas de produção e equipamentos. Uma fábrica pode simular ajustes na produção para avaliar os impactos no desempenho sem interromper as operações reais, reduzindo o tempo de inatividade.
Agricultura de precisão
No setor agrícola, os Gêmeos Digitais ajudam a otimizar o uso de recursos e aumentar a produtividade. Sensores instalados em campos agrícolas fornecem dados em tempo real, que são analisados em modelos virtuais.
Assim, é possível ajustar a irrigação, aplicar fertilizantes de forma eficiente e prever safras com mais exatidão.
Transporte de mercadorias
Um caso de destaque é o porto de Roterdã, que utiliza Gêmeos Digitais integrados a sistemas de informações geográficas (GIS). Sensores ao longo do cais atualizam um modelo virtual a fim de monitorar condições climáticas, reduzir falhas e diminuir o tempo de espera dos navios — além de causar menor impacto ambiental.
Ao unir sensores, IoT, IA, e visualizações interativas, os Gêmeos Digitais transformam dados em projetos que podem revolucionar setores inteiros com sua abordagem prática e inovadora.
Além disso, o impacto de tecnologias como os Gêmeos Digitais no ambiente de trabalho não pode ser ignorado. Você já imaginou um futuro onde o trabalho seja amplamente digital, com espaços virtuais simulando escritórios reais?
Continue navegando pelo TecMundo e descubra como essa possibilidade está se tornando realidade. Até a próxima!