Digitale Zwillinge erweitern den Blick auf die Welt um uns herum

Digitale Zwillinge bilden einen Gegenstand oder ein menschliches Organ nach und arbeiten parallel zum Original. Sie sind eine Kombination aus Daten, Algorithmen und künstlicher Intelligenz und existieren in einer virtuellen Welt, wie ein Avatar, bleiben aber permanent mit ihren realen Zwillingen verbunden.

«Das ermöglicht uns, die von uns verwendeten Systeme besser zu verstehen und ihre Funktionsweise anzupassen», erläutert Dimitris Kyritsis, Leiter der EPFL-Gruppe ICT for Sustainable Manufacturing in einer Mitteilung vom Freitag.

Mehrere EPFL-Labors arbeiten im Rahmen des Zentrums für Intelligente Systeme zusammen, um Technologien und Anwendungen für digitale Zwillinge zu entwickeln. Sie befassen sich unter anderem mit der Frage, wie man Städte energieeffizienter machen kann oder wie man personalisierte Behandlungen für Patienten entwickelt.

Die hohe Schule des menschlichen Abbilds

Ein Ziel der digitalen Zwillinge im Bereich der Gesundheitsfürsorge besteht beispielsweise darin, Echtzeitmodelle des gesamten menschlichen Körpers zu erstellen. David Atienza, Leiter des EPFL-Labors für eingebettete Systeme, und Adrian Ionescu, Leiter des EPFL-Labors für nanoelektronische Bauelemente, sind überzeugt, dass diese Technologie in den nächsten Jahrzehnten verfügbar sein wird.

Der menschliche Körper ist laut Atienza die komplizierteste Art des digitalen Zwillings. «Er umfasst verschiedene Systeme, die alle miteinander kommunizieren, und Phänomene, die auf verschiedenen Ebenen auftreten. Und je genauer der digitale Zwilling sein soll, desto länger dauert seine Entwicklung. Es gibt noch eine Reihe von Entwicklungsschritten und Versionen, die wir durcharbeiten müssen.»

Stadtplanung und Nachhaltigkeit

Etwas näher in Griffweite als der menschliche Körper liegt die Stadt. Nächstes Jahr will die EPFL in Zusammenarbeit mit anderen Organisationen im Rahmen des Projekts Blue City ihren ersten digitalen Zwilling einer Stadt erstellen. Ziel ist es, einen digitalen Zwilling von Lausanne zu schaffen, der die verschiedenen Systeme und Interaktionen modelliert: von Mikroben und Abfällen bis hin zu Energie, Wasser, Materialien, Menschen, Fahrzeugen und mehr.

Dies soll den Verantwortlichen der Stadt helfen, ihre Nachhaltigkeitsziele zu erreichen und die Lebensqualität in Lausanne zu verbessern. Im Gegensatz zu herkömmlichen 3D-Modellen geben digitale Zwillinge auch Einblick in die unsichtbaren Aspekte wie Lärm und Verschmutzung.

Prototyp des digitalen Zwillings: Apollo 13

Als erster echter Einsatz von digitalen Zwillingen gelte manchen der Apollo-13-Unfall vor 50 Jahren, sagt Frédéric Kaplan, Leiter des EPFL-Labors für digitale Geisteswissenschaften. «Als sich die Explosion ereignete, mussten die NASA-Ingenieure am Boden eine Fehlersuche durchführen und eine Lösung finden - obwohl das Schiff Hunderttausende von Kilometern entfernt war».

Es sei zu einem grossen Teil den Simulationen auf den verbundenen Computern - den digitalen Zwillingen - zu verdanken, dass die Ingenieure und Astronauten zusammenarbeiten, das Problem eingrenzen und schliesslich die Mission retten konnten.