Mientras gritos de guerra resuenan hablando de la IA, hay otro concepto revolucionario relacionado con las nuevas tecnologías al que no le hemos dado tanto pábulo: son los llamados “gemelos digitales”.
Definición de gemelo digital
Esta cuestión de los gemelos digitales es bastante novedosa y, aunque se suele atribuir el origen a la NASA, todo indica que la primera referencia que tenemos sobre el uso del término se remonta a 2002 cuando un reconocido académico llamado Michael Grieves acuñó el término:
“Un gemelo digital es una representación virtual de una entidad o sistema físico que se actualiza con datos en tiempo real y utiliza simulaciones, aprendizaje automático y razonamiento para ayudar en la toma de decisiones.”
Michael Grieves dio en el clavo acerca de la definición, aunque su campo era el de los sistemas de gestión del ciclo de vida del producto (PLM, por sus siglas en inglés). Su trabajo ha sido fundamental para conectar la tecnología de simulación virtual con la manufactura y los procesos industriales, sentando las bases de la Industria 4.0.
Pero este campo de actuación no es el único al que se adapta el concepto de gemelo digital. Como si una escala de orden de magnitud se tratara, el gemelo digital aplica a diversos niveles. Veamos a grandes rasgos cuáles son esas capas en las que opera este concepto, qué herramientas tecnológicas se requieren en cada caso y cuáles son sus principales usos.
El gemelo digital de un objeto histórico
Empecemos por la escala más baja, la escala humana podríamos decir. Podemos establecer gemelos digitales de objetos desde muy pequeños hasta una gran escultura, pongamos por caso. Como mi campo son las Humanidades Digitales, vamos a poner el ejemplo de un vaso griego. Su gemelo digital sería una réplica exacta de la figura en tres dimensiones. Para ello podemos utilizar dos técnicas: la fotogrametría y el escaneo 3D. La fotogrametría parte de una serie de fotografías del objeto desde sus múltiples puntos de vista y con un software algorítmico es capaz de crear un archivo tridimensional con la geometría y la textura del objeto. Si hablamos de escaneo láser 3D lo que obtendremos será una nube de puntos de alta precisión que nos devuelven la figura, pero sin textura, la cual se puede añadir después.
¿Y qué hacemos con este objeto histórico en 3D? Pues lo podemos subir a un repositorio web (Sketchfab es el más famoso aunque Europeana se está poniendo las pilas) y compartirlo con el mundo. Se puede utilizar en exposiciones digitales o servir como atrezzo para una película de época rodada en un set virtual. Pero el uso más ambicioso es el pasar este objeto virtual por una inteligencia artificial entrenada en su materia nos podrá ofrecer la datación del objeto, su procedencia y, si me apuras, hasta el significado de las pinturas sobre su superficie. Estas son dos muestras a modo de ejemplo, peros sus usos son muchos más.
Gemelo Digital de un Edificio histórico
Demos un paso más, a un edificio histórico. La escala ya ha aumentado. Nivel algo superior al humano pero el procedimiento de digitalización tiene cosas en común con el anterior. De nuevo podemos emplear fotogrametría y escáner 3D (llamado técnicamente LiDAR). La fotogrametría requiere en esta ocasión el uso de drones para elevarnos sobre el edificio y captar sus fachadas y cubiertas.
La segunda alternativa, complementaria, y que también se puede usar con drones es el LiDAR. El LiDAR es un dispositivo que permite determinar la distancia desde un emisor láser a un objeto o superficie utilizando un haz láser pulsado que determina la distancia al objeto y midiendo el tiempo de retraso entre la emisión del pulso. Con esto va generando puntos que recoge y expresa después el conjunto de ellos localizados tridimensionalmente.
Pero aquí no basta con subirlo como objeto a los repositorios 3D (que también) sino que se puede aplicar la tecnología HBIM (por sus siglas Historic Building Information Modeling). Se trata de una metodología digital que se centra en la documentación, gestión y preservación aplicada a edificios históricos a través de herramientas digitales avanzadas. Combina el modelo 3D generado con los sistemas de información geográfica con planimetría, creando así una representación precisa y detallada del patrimonio arquitectónico. Este enfoque permite integrar datos históricos, arquitectónicos y estructurales, a través de sensores, por ejemplo, facilitando tanto el análisis como la conservación de las estructuras del edificio que pudieran estar en riesgo o que posean un valor cultural significativo. Miremos si no el incendio de Notre Dame. Si no hubiera habido levantamiento tridimensional, la recuperación de la catedral hubiera sido mucho más imperfecta.
Pero esta tecnología permite también diversos usos a cuál más interesante. Por una parte, la simulación de procesos estructurales y funcionales, como sistemas eléctricos, ventilación o evacuación, adaptando las necesidades y la normativa actual a edificios de carácter histórico. También permite el registro histórico de restauraciones y modificaciones así como la visualización en tiempo real del tráfico humano o energético dentro del edificio a través de sensores. Además puede servir como herramientas de predicción para mantenimiento preventivo.
Un caso que hay que mencionar es el reciente escaneo del Monasterio de San Lorenzo de El Escorial, toda una proeza realizada por ACRE Surveying Solutions y ATC Proyecta que han levantado topográficamente este tesoro de la humanidad con más de cuatro mil puntos de toma de datos para generar una nube de puntos que luego se convirtió a HBIM y de donde se pueden extraer todo tipo de planos de plantas, alzados, secciones… El Escorial al desnudo.
Pero aquí no acaban los usos de este gemelo. Este proyecto, financiado por el Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia dentro del programa Spain Audiovisual Hub, va a permitir que los assets digitales generados estén disponibles de forma gratuita para productoras nacionales e internacionales, facilitando su integración en cine, series o videojuegos. Ahí lo dejo.
Gemelo Digital de una Fábrica
En este siguiente nivel del escalafón no nos planteamos tanto el reproducir fábricas existentes como modelar las instalaciones a priori que, a través de inteligencia artificial, permite la simulación de la cadena de producción, la optimización de los procesos y la minimización de los costes, todo ello previo a su construcción. Un ejemplo de ello lo comentamos ya en After cuando hablamos de la empresa NVIDIA y la aplicación tanto de su hardware (las tarjetas de procesamiento de datos) como de su software Omniverse para la planta de vehículos eléctricos de Debrecen, en Hungría, que abrirá sus puertas este año. Gracias a esta potente herramienta que es Omiverse, el equipo de BMW ha logrado integrar datos en modelos de alta precisión y rendimiento, conectar sus diversas herramientas de software y permitir la colaboración en tiempo real entre múltiples usuarios repartidos en distintas ubicaciones. Todo ello con un objetivo claro: afinar y perfeccionar cada paso del proceso para alcanzar una optimización sin precedentes en su nueva fábrica.
Gemelo Digital de una Ciudad
Aquí damos un salto cualitativo. Escanear una ciudad entera no es moco de pavo. Aquí voy a poner de relieve un ejemplo que me toca de cerca: el gemelo digital de la ciudad de Madrid que se está llevando a cabo por el Ayuntamiento y se puede consultar en su Geoportal. Pero ¿cómo lo han conseguido? Aquí se parte de dos fuentes: las fotos vía satélite y los vuelos de avión sobre la ciudad.
Para obtener modelos 3D de un edificio a partir de fotos aéreas, las proyecciones oblicuas de las fotografías juegan un papel clave al inclinar el eje de la cámara o sistema de captura respecto al plano horizontal. Este enfoque permite capturar detalles laterales de las fachadas del edificio, además de las vistas superiores, lo que enriquece el modelado tridimensional. Al combinar imágenes tomadas desde diferentes ángulos oblicuos con técnicas como la fotogrametría o el LiDAR, se genera una reconstrucción 3D más precisa y completa, especialmente en estructuras complejas donde las superficies verticales y las texturas detalladas son cruciales para el resultado final. Hecho así para toda la ciudad, tenemos un modelo 3D al completo.
Pero ojo, si escanear un edificio son Teras de información, ¿qué pasa con las ciudades enteras? Pues en el caso de Madrid tenemos la reducción de la forma de los edificios a geometrías sencillas, con lo que se reduce muchísimo el volumen de información a costa de perder resolución. Pero hay un caso mucho más potente: el gemelo digital de Tokio. Apenas han salido noticias, pero parece ser que van a liberar el gemelo digital de la capital nipona con una resolución sin precedentes. Habrá que verlo.
¿Y qué podemos hacer con todo esto? Pues bien, aquí entran las conocidas como plataformas de ciudad inteligente que integran múltiples capas de datos que van desde información de sensores IoT (por sus siglas Internet of Things) distribuidos por la ciudad hasta bases de datos urbanísticas y meteorológicas. Estas plataformas no solo permiten gestionar los modelos digitales de forma eficiente, sino que también habilitan el desarrollo de aplicaciones específicas, como sistemas de alerta temprana ante desastres naturales, herramientas para optimizar la movilidad urbana o soluciones para la eficiencia energética en edificios y barrios enteros. Además, las plataformas de ciudades inteligentes actúan como un punto centralizado para la colaboración entre administraciones, empresas y ciudadanos, garantizando que las decisiones basadas en datos sean transparentes, inclusivas y sostenibles. Por otro lado, el gemelo digital se convierte en una herramienta esencial para la planificación urbana, al proyectar escenarios de crecimiento o desarrollo que permitan anticipar necesidades y optimizar recursos, garantizando una evolución equilibrada y eficiente de la ciudad. Pero esto es solo la punta del iceberg. Si comenzamos a combinar los datos que se generan con la volumetría de la ciudad, las aplicaciones del gemelo son casi infinitas.
Gemelo Digital de un Ecosistema
A una escala mayor tenemos el análisis de ecosistemas como paradigma del control medioambiental. El gemelo digital de un ecosistema se puede generar a través de herramientas avanzadas que combinan tecnologías de sensores IoT, modelado computacional 3D, plataformas de inteligencia artificial (de nuevo nuestra querida IA) y sistemas de análisis de datos geoespaciales. Estas herramientas recopilan y procesan grandes volúmenes de información en tiempo real, creando una réplica digital detallada y dinámica del ecosistema. Este gemelo digital permite simular las complejas interacciones entre la flora, la fauna y su entorno, modelando procesos biológicos y ambientales que son fundamentales para comprender y gestionar los ecosistemas naturales.
Gracias a la incorporación de datos en tiempo real, como la meteorología, la humedad del suelo y las variaciones de temperatura, se puede monitorear de manera constante y precisa el estado del ecosistema para así detectar cambios críticos. Además, el gemelo digital facilita un análisis profundo del impacto del cambio climático, anticipando cómo las variaciones en el clima pueden alterar los hábitats, los ciclos biológicos y la biodiversidad. La capacidad de integrar datos de conservación de especies y biodiversidad es esencial para diseñar estrategias de protección que aseguren la viabilidad de los ecosistemas y prevengan la extinción de especies en peligro.
Por otro lado, el gemelo digital permite simular escenarios futuros, evaluando cómo las políticas ambientales y las actividades humanas como la deforestación, la pesca intensiva o el uso del suelo impactan en el equilibrio del ecosistema. Estas simulaciones no solo ayudan a anticipar riesgos, sino que también ofrecen una base científica para tomar decisiones informadas y sostenibles. De esta manera, el gemelo digital de un ecosistema se convierte en una herramienta clave para equilibrar la conservación de los espacios naturales con las necesidades humanas, promoviendo un futuro en el que naturaleza y sociedad coexistan de manera armónica.
A modo de ejemplo de esta escala superior y como cierre de este recorrido citaremos el caso de La Palma Smart Island, un ambicioso proyecto que busca convertir a la isla canaria en un modelo global de sostenibilidad, innovación y eficiencia mediante la integración de tecnologías inteligentes. Se ha concebido abarcando áreas clave como la gestión de recursos naturales, la movilidad, la conectividad y el turismo, con el objetivo de mejorar la calidad de vida de los habitantes y ofrecer una experiencia única a los visitantes. A través de infraestructuras digitales avanzadas y soluciones tecnológicas, se promueve la conservación ambiental, la transición energética y la participación ciudadana, consolidando a La Palma como un referente en el desarrollo de islas inteligentes.
A modo de conclusión…
Hecho este repaso, podemos afirmar que los gemelos digitales son mucho más que una representación virtual; son un puente entre el mundo físico y el digital, capaz de transformar nuestra forma de interactuar con el entorno. Desde objetos históricos hasta ecosistemas completos, su versatilidad radica en la capacidad de integrar datos, simular escenarios y optimizar procesos con un nivel de precisión sin precedentes. Cada escala, desde una fábrica hasta una ciudad, abre un abanico de posibilidades para mejorar la eficiencia, preservar el patrimonio y garantizar la sostenibilidad.
En un mundo donde los desafíos globales crecen, los gemelos digitales han surgido como una herramienta indispensable para la toma de decisiones a partir de datos y la creación de soluciones innovadoras que beneficien tanto a la humanidad como al planeta. Este espejo virtual de la realidad no solo nos permite comprender mejor nuestro entorno, sino también diseñar un futuro más inteligente, sostenible y conectado.
