Per conoscere il mondo reale…

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Come si comporterà un oggetto una volta fabbricato? Come risponderà un paziente a una determinata terapia? Come cambierà la vita in una città costruendo delle infrastrutture? Sono tante le domande a cui si può rispondere grazie al gemello digitale

Il gemello digitale è una rappresentazione digitale di un oggetto, un sistema o un processo del mondo reale. Questa rappresentazione può includere dati, caratteristiche e comportamenti del soggetto in questione. Viene utilizzato in diversi settori, come l’ingegneria, la produzione, la simulazione e la medicina. Ad esempio, nel contesto dell’ingegneria, si potrebbe creare un gemello digitale di un prodotto in fase di sviluppo; il gemello digitale può essere utilizzato per simulare il comportamento del prodotto in diverse condizioni, ottimizzando il design e identificando potenziali problemi prima della produzione fisica. Questo approccio costituisce un notevole risparmio per le aziende, sia in termini economici sia di tempo richiesto per le specifiche lavorazioni, inoltre la rappresentazione virtuale della realtà è di fondamentale importanza in numerosi campi, dall’industria alla sanità. Il gemello digitale funziona creando una copia digitale accurata di un oggetto o di un processo, consentendo analisi approfondite, simulazioni e miglioramenti prima di intervenire nel mondo reale: serve quindi per simulare, studiare, capire, mimare, testare, migliorare e prevenire. Come si comporterà un oggetto una volta fabbricato? Come risponderà un paziente a una determinata terapia? Come cambierà la vita in una città costruendo delle infrastrutture? Queste sono solo alcune delle domande a cui si può rispondere grazie al gemello digitale, meglio conosciuto come digital twin, una delle tecniche più importanti per analizzare qualcosa di reale nel mondo virtuale. Un campo molto importante nel quale il gemello digitale giocherà un ruolo chiave è quello della medicina del futuro. Infatti, il concetto di gemello digitale può essere ben applicato ad aree come la simulazione anatomica, ovvero la possibilità di creare modelli digitali accurati del corpo umano per studiare la fisiologia, migliorare la formazione medica e pianificare interventi chirurgici. Oppure, la personalizzazione del trattamento, vale a dire utilizzare dati del paziente, come genetica, storia clinica e dati fisiologici, per creare un gemello digitale che supporti la personalizzazione dei trattamenti medici. O ancora il monitoraggio continuo, quindi implementare gemelli digitali per monitorare costantemente lo stato di salute di un paziente in tempo reale, prevedendo potenziali problemi e ottimizzando la gestione delle patologie croniche. E ancora la ricerca farmaceutica, qui ci si basa sullo sviluppo di modelli digitali di organi o sistemi biologici per accelerare la ricerca e lo sviluppo di nuovi farmaci, riducendo la dipendenza dai test clinici tradizionali. L’uso dei gemelli digitali in medicina può portare a una migliore comprensione dei processi biologici, consentendo approcci più mirati e personalizzati per la prevenzione e il trattamento delle malattie.

Adattarsi ai cambiamenti

Il concetto del gemello digitale è stato ipotizzato negli anni Sessanta ma è arrivato sul mercato solo nei primi anni del Duemila. Si è evoluto negli anni grazie alla sua rappresentazione o modello virtuale di un oggetto reale come, ad esempio, un essere vivente o di un sistema complesso: se riproduce l’elemento di un sistema, un motore di una macchina, per esempio, è definito gemello di componente mentre se riproduce più elementi, ad esempio motore e cambio, si parla di gemello di risorse. Un gemello che rappresenta l’interazione tra risorse è un gemello di sistema, mentre si definisce gemello di processo il gemello che rappresenta componenti, risorse e sistemi di un dato processo. La rappresentazione è ottenuta inserendo i dati reali in modelli matematici creati appositamente per essere combinati con grafica 3D e ricreare l’oggetto della digitalizzazione. La caratteristica principale del gemello digitale è l’essere in grado di comunicare con ciò che rappresenta scambiando informazioni, anche in tempo reale: questo gli permette di adattarsi ai cambiamenti e raggiungere un livello di riproduzione molto accurato. Questa è anche una delle caratteristiche che differenzia il gemello digitale da una semplice simulazione. Ma non solo. Altre caratteristiche sono la maggior quantità di dati raccolti e processati e la maggior complessità dell’ambiente digitale. Ma come si trasferiscono le informazioni? In vari modi, dal più semplice, in cui viene impiegato del personale tecnico per registrare i dati e aggiungerli al gemello, oppure a banche dati ad esso accessibili. All’utilizzo di sensori e dunque ottenere registrazione e trasmissione automatiche. Oppure aggiungere al gemello algoritmi di intelligenza artificiale/machine learning. Ciò permette al gemello non solo di raccogliere e trasferire dati ma anche di decidere autonomamente ‘quali’ dati raccogliere e trasferire. L’uso dell’intelligenza artificiale e degli algoritmi di machine learning è ormai consolidato anche per l’analisi dei dati e la successiva applicazione di processi decisionali: il gemello digitale suggerisce (e a volte esegue) le azioni da intraprendere in base al risultato dell’analisi. In questo caso si parla di gemello autonomo, che corrisponde al grado di complessità maggiore.

Ricreare l’uomo

Un aspetto molto importante che sta prendendo una piega sempre più imponente è l’utilizzo del gemello digitale per poter creare un paziente virtuale nel campo della ricerca clinica e biomedica. Ovvero, l’utilizzo del paziente virtuale può essere utilizzato per realizzare un insieme di modelli che permettono di ricreare i processi fisiologici e patologici che avvengono negli esseri umani. Grazie a questo concetto è possibile creare un paziente virtuale nel settore farmacologico, simulando quindi l’assunzione di farmaci o nuove terapie per poterne testare i vantaggi ed eventuali effetti collaterali. Allo stesso modo, il paziente virtuale può essere utilizzato per predire l’efficacia e la sicurezza di un farmaco o di un dispositivo medico su un paziente o un gruppo di pazienti con caratteristiche e patologie simili. È dunque evidente come il gemello digitale rappresenti un prezioso aiuto in tantissimi settori dall’edilizia, all’automotive, al retail, alla sanità, all’energia, all’industria, alla logistica… e di conseguenza è un mercato in forte espansione. Nel 2022 il business del gemello digitale valeva 9,7 miliardi di dollari e si stima possa raggiungere 185,8 miliardi entro il 2031, portandoci verso la sempre più vicina Industria 5.0. Tuttavia è importante dire che, nonostante il grande progresso scientifico e il ruolo chiave che la tecnologia giocherà nel prossimo futuro, l’auspicio è che la figura centrale e le decisioni fondamentali saranno sempre prese dall’esperto o da gruppi di esperti che dovranno sempre avere un controllo totale e completo sui suggerimenti decisionali proposti dalle macchine o dagli algoritmi.

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