Desde testes de drogas mais rápidos e baratos até cidades totalmente “conscientes”, as réplicas digitais estão mudando a face e o ritmo da inovação.
Por Mark Purdy, Ray Eitel-Porter, Robert Krüger, e Thijs Deblaere
No ano passado o mundo prendeu a respiração enquanto a Catedral de Notre Dame estava envolta em chamas.
Depois que o fogo foi extinto e foi revelado que a catedral icônica não estava perdida, começou o duro trabalho de restauração. Até muito recentemente, esse processo teria começado com uma pesquisa através de plantas de arquivo empoeiradas para orientar os intrincados trabalhos de reparo. Mas na era dos gêmeos digitais, engenheiros e arquitetos puderam consultar um modelo digital da catedral francesa – um muito mais detalhado e interativo do que qualquer outro modelo – que lhes permitiu permanecer fiéis à estrutura original e incorporar novas inovações em design e materiais.
Como o próprio nome sugere, um gêmeo digital é uma réplica virtual de um objeto, ser ou sistema que pode ser atualizado continuamente com dados de sua contraparte física. Suportados por estimados 25 bilhões de sensores globais conectados até 2021, os gêmeos digitais em breve existirão para milhões de coisas. Um motor a jato, um coração humano e até uma cidade inteira podem ter um gêmeo digital que reflete as mesmas propriedades físicas e biológicas da coisa real.
As implicações são profundas: avaliações e diagnósticos em tempo real muito mais precisos do que é possível atualmente; reparos literalmente executados no momento; e inovação que é mais rápida, mais barata e mais radical.
Um jogo inovador
Hoje, muitos comentaristas se preocupam com uma crise de inovação que afeta empresas e economias. Alguns dizem que estamos ficando sem novas idéias e inovações “que alteram a vida”. Outros afirmam que a inovação é prejudicada pela burocracia e pela regulamentação.
Mas uma explicação mais básica é que a inovação sempre foi difícil. Leva tempo. Exige tentativa e erro que custam caro. E muitas vezes enfrenta obstáculos éticos, sociais e regulatórios significativos.
Considere a fabricação de automóveis, onde o tempo de desenvolvimento diminuiu de 54 meses na década de 1980 e ainda leva 22 meses hoje. Ou o desenvolvimento de novos medicamentos que salvam vidas, onde a jornada da descoberta à comercialização pode durar décadas.
Os gêmeos digitais podem mudar o jogo da inovação, permitindo três fatores críticos:
- Avaliação contínua. Tradicionalmente os produtos mais complexos podiam ser totalmente analisados, peça por peça, apenas duas vezes durante a vida útil – quando foram criados e quando foram decompostos no final de seu ciclo de vida. Agora que os sensores podem capturar e atualizar continuamente o gêmeo digital do produto durante toda a sua vida útil, os fabricantes têm uma janela ativa dentro do produto o tempo todo.
Na fabricação, a AStar – Agência de Ciência, Tecnologia e Pesquisa de Cingapura – trabalha com empresas para equipar seus maquinários com gêmeos digitais que automaticamente fazem ajustes em sua operação, como a correção de uma peça oscilante em um eixo. Isso elimina a necessidade de diagnóstico e reparo extensivos e pode reduzir significativamente o tempo de inatividade.
A Tesla vai um passo além: todo carro tem seu próprio gêmeo digital. Através de sensores, o carro físico envia dados continuamente para seu gêmeo digital. Se o veículo tiver uma porta ruidosa, o sistema solicitará que você baixe o software que ajustará o seu sistema hidráulico.
À medida que a Tesla coleta informações sobre o desempenho e o uso de cada veículo, seus engenheiros também agregam os dados para criar atualizações que melhoram o desempenho dessa faixa específica de carros, um exemplo muito real de inovação em tempo real. Esse processo também ajuda os engenheiros e designers a entender o que não pode ser aprimorado apenas com as atualizações de software – informações cruciais para dar maiores saltos na inovação ao semear a próxima versão de um produto.
- Prototipagem mais rápida e barata. Gêmeos digitais podem diminuir drasticamente a necessidade de testes caros e protótipos físicos, reduzindo o custo e aumentando a velocidade da inovação. O custo do desenvolvimento de novos medicamentos, por exemplo, chega aos bilhões, e as fases pré-clínicas por si só levam em média três anos e meio. A Universidade Estadual de Oklahoma desenvolveu um gêmeo digital de um medicamento em aerossol destinado a atingir tumores pulmonares. Ao variar parâmetros no gêmeo digital, como taxa de inalação e tamanho de partícula, os cientistas aumentaram o número de partículas atingindo sua meta de 20% para 90%, poupando-os da necessidade de criar vários protótipos e encurtando o processo de teste.
Da mesma forma, os vagões de transporte ferroviário de passageiros tradicionalmente precisam ser testados em túneis de vento para garantir que cumpram os regulamentos e não fiquem muito quentes ou frios. A Siemens juntou-se à Ansys, uma desenvolvedora americana de software de simulação de engenharia, para projetar um gêmeo digital de um ônibus para testar o efeito de diferentes condições de vento e clima. O resultado: o tempo de teste foi reduzido pela metade, levando a economia de equipamentos, mão de obra e custo de aluguel de túneis de vento. Além disso, o conforto do passageiro foi aprimorado além dos requisitos padrão e a necessidade de testar variantes de produtos foi eliminada.
Aplicados a um sistema ou processo, os gêmeos digitais podem eliminar a necessidade de experimentação física enquanto otimizam o desempenho sob diferentes condições. Por exemplo, a Accenture trabalhou com o An Post, um serviço postal público da Irlanda, para criar um gêmeo digital de suas centenas de veículos, rotas de entrega, vários centros de classificação e diferentes processos para avaliar o impacto de novas tecnologias e testar novas abordagens na taxa de transferência e oportunidade.
- Inovar nos limites. Quando se trata de resolver grandes problemas humanos e sociais, o processo de inovação se torna muito mais difícil. Pode ser antiético executar testes experimentais no coração de alguém, por exemplo, e você não pode parar o tráfego na hora do rush de uma cidade para experimentar novos sistemas de roteamento. Ou você pode?
A SenSat, uma empresa especializada na criação de gêmeos digitais de cidades, acredita que você pode. Seu cientista-chefe, Sheikh Fakhar Khalid, explica: “Criamos um gêmeo digital de Cambridge, Inglaterra, e removemos todo o tráfego de suas ruas. Isso permite que a cidade experimente novos sistemas de tráfego. O modelo já está sendo usado para planejar locais de torres 5G. Além disso, vemos muitas outras possibilidades: uma plataforma de treinamento para veículos autônomos, paisagens da cidade para provedores de conteúdo interativo, jogos e assim por diante. ”
Alguns dos maiores avanços estão ocorrendo na área da saúde, uma área em que a inovação é frequentemente limitada por preocupações éticas. Considere o caso de doença cardiovascular. Com base no conhecimento anatômico e em milhares de imagens cardíacas, a Philips criou o Heart Model, uma representação digital do coração humano que pode ajudar os médicos a diagnosticar imagens cardíacas até 80% mais rápidas e com menos variações do que os métodos tradicionais permitem. “Com os gêmeos digitais na área da saúde, você pode avaliar diferentes cenários e opções de tratamento; você pode combinar dados médicos e pessoais para fornecer intervenção e prevenção em tempo real ”, explica Ger Janssen, chefe de departamento do departamento de gêmeos digitais da Philips. “Estamos analisando não apenas cardiologia, mas também oncologia, pneumologia e neurologia. Um gêmeo digital do corpo humano é o objetivo final. ”
E depois?
O impacto que os gêmeos digitais podem causar é enorme. Muitos estão agora em desenvolvimento devido à complexidade de sua criação, mas em breve milhões de coisas terão gêmeos digitais. E sua utilidade e capacidades continuarão a evoluir.
Gêmeos colaborativos: assim como os humanos colaboram para inovar, o mesmo ocorre com os gêmeos digitais. Grande parte do valor associado aos gêmeos digitais decorre de um encadeamento digital, uma infraestrutura de conexão que permite que os gêmeos digitais compartilhem informações entre si e conectem perspectivas funcionais tradicionalmente em silos. Considere um passeio de carro: você quer ir do ponto A ao B; no entanto, você está isolado de todos os outros motoristas. Se todo motorista soubesse onde todos os outros precisavam chegar, o tempo de viagem seria menor para todos. Conectar os gêmeos digitais dos carros permite uma grade de carros totalmente autônoma e inovação em sistemas de mobilidade. A Siemens faz isso com robôs em sua fábrica em Bad Neustadt, na Baviera, Alemanha. Os gêmeos digitais de dois – ou mais – desses robôs podem se comunicar para descobrir como melhor trabalhar juntos em uma nova linha de montagem.
Mas não para por aí. Vincular os gêmeos digitais de tipos completamente diferentes de ativos pode alimentar o gêmeo digital de entidades mais complexas. Uma cidade inteira, por exemplo, precisará conectar informações de gêmeos digitais ligados ao tráfego, padrões climáticos, poluição, cidadãos, energia e outros recursos. Isso permite a transformação de cidades inteligentes em cidades conscientes – cidades conscientes dos ativos que entram e saem de suas fronteiras. Esse nível de entendimento abre novos caminhos para a inovação: novas formas de mobilidade urbana que são mais rápidas e baratas, eliminação de congestionamentos; redução de poluição; novas formas de planejamento de emergência; e rastreamento inteligente de energia e água. Um gêmeo digital com toda a complexidade e detalhes de uma cidade física fornece uma plataforma maior e mais valiosa para experimentos do que nunca.
Inovação corporativa: semelhante à promessa para as cidades, os gêmeos digitais podem conectar todas as informações de uma empresa, fornecendo às empresas uma visão holística em tempo real de suas operações e permitindo que elas melhorem rapidamente modelos operacionais, desenvolvam estratégias melhores, descubram novos “oásis de eficiência” e, talvez, finalmente erradicar a mentalidade de silos.
As empresas também terão uma nova ferramenta poderosa na inovação em modelos de negócios. Ao adotar gêmeos digitais, eles podem mudar com mais eficiência da produção e venda de um produto para vender o uso e a manutenção desse produto como serviço.
Considere a Kaeser Kompressoren, uma empresa alemã que costumava vender compressores de ar. Após a introdução de gêmeos digitais, a empresa passou a vender ar-como-serviço, onde o cliente paga apenas pelo uso do compressor.
Embora algumas empresas tenham feito a transição do produto para o serviço sem o auxílio de gêmeos digitais (por exemplo, a Rolls-Royce com sua oferta de “potência por hora” para motores de aeronaves), a capacidade de melhorar e inovar continuamente produtos complexos altera a equação do valor para clientes e empresas.
Efeito multiplicador: a maioridade dos gêmeos digitais está ocorrendo em um momento em que muitas outras novas tecnologias também estão encontrando seu caminho. Gêmeos digitais serão combinados com outras tecnologias emergentes para multiplicar seu potencial de inovação.
Quando gêmeos digitais são projetados com recursos de realidade virtual, por exemplo, as visões imersivas e a interação natural que a VR oferece tornam os designs de ajustes mais instintivos e menos pesados. Simulações podem ser executadas em tempo real para observar como será o produto em ação, permitindo fases de design em ritmo acelerado. Além disso, suas ações em VR com um gêmeo digital podem ser fisicamente replicadas usando a robótica. Imagine um cirurgião realizando uma cirurgia remota usando o gêmeo digital do coração do paciente.
SOBRE OS AUTORES
Mark Purdy é diretor administrativo da Accenture Research.
Ray Eitel-Porter é chefe de inteligência aplicada na Accenture UK.
Robert Krüger é o líder global da prática de Engenharia X.0 da Accenture.
Thijs Deblaere é analista sênior da Accenture Research.
Publicado originalmente em MIT SMR em 14/01/2020.
Tradução por Google Translator e revisão por Marcos Hirano
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