Supergêmeos digitais prometem melhorar a autonomia de drones que voam em bandos

Pesquisadores do MIT, nos EUA, descobriram uma forma de criar “gêmeos digitais” que podem ser usados para acompanhar frotas inteiras de drones. O gêmeo digital nada mais é do que um clone virtual capaz de prever situações e sugerir mudanças para a solução de problemas em tempo real.

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Os cientistas usaram uma representação matemática chamada modelo gráfico probabilístico para desenvolver os clones digitais em escala, tornando possível a utilização desse recurso em um ou mais indivíduos físicos, sem prejudicar a autonomia e a eficiência de todo o conjunto.

“As implementações personalizadas demonstradas até agora normalmente requerem uma quantidade significativa de recursos, o que é uma barreira para a implantação no mundo real. Com nosso modelo, podemos criar gêmeos digitais para uma frota inteira de aeronaves, uma fazenda de turbinas eólicas ou uma população de pacientes cardíacos”, afirma o aluno de engenharia do MIT, Michael Kapteyn, autor principal do projeto.

Supergêmeos

Os gêmeos digitais são utilizados pela engenharia aeroespacial desde a década de 1970, quando foram usados na elaboração de estratégias para trazer a tripulação da Apollo 13 de volta à Terra com segurança. As cópias feitas em computador também fazem parte da medicina e do planejamento urbano.

Até agora, na maioria dos casos, cada gêmeo digital dependia de uma implementação customizada e individual, que funcionava por meio de um aplicativo específico, incapaz de prever situações em massa ou coordenar vários indivíduos ao mesmo tempo de forma confiável.

A fim de resolver esse problema, os pesquisadores utilizaram uma representação matemática unificadora para aproximar a relação entre o gêmeo digital e seu ativo físico. No caso do drone usado durante os testes, os parâmetros da cópia digital foram calibrados com dados coletados da própria aeronave, fazendo com que se tornasse um reflexo preciso do drone de verdade.

“Como o estado geral do drone muda ao longo do tempo, essas mudanças são observadas pelo gêmeo digital e usadas para atualizar seu próprio estado para que corresponda a aeronave física. Este gêmeo digital pode então prever como o drone vai se comportar no futuro, usando essas informações para direcioná-lo de forma otimizada”, explica Kapteyn.

Os testes

Os pesquisadores usaram um drone com quase 4 metros de envergadura para testar os novos gêmeos digitais. Durante o experimento, a cópia virtual conseguiu analisar os dados do sensor instalado na aeronave para extrair informações sobre possíveis danos e sugerir mudanças em suas manobras para garantir um voo com segurança.

A modelagem de gêmeos digitais também se mostrou útil em situações em que o desgaste ambiental pode ser um fator importante para o funcionamento correto de equipamentos maiores e mais complexos, como turbinas eólicas, pontes ou reatores nucleares.

O modelo criado pelos pesquisadores do MIT define matematicamente um par de sistemas dinâmicos físicos e digitais, ligados por fluxos de dados bidirecionais capazes de se aperfeiçoar e evoluir com o passar do tempo. Isso faz com que seja possível desenvolver gêmeos digitais para um grupo muito maior de indivíduos.

“Essa pesquisa pode ajudar a tornar o uso de gêmeos digitais mais difundido, uma vez que mesmo com as limitações existentes, eles são capazes de fornecer um suporte valioso à tomada de decisões em muitas áreas com aplicações diferentes”, completa a diretora do Instituto Oden de Engenharia Computacional e Ciências da Universidade do Texas, Karen Willcox, coautora do projeto.

Fonte: MIT