“数字孪生”：宇宙中最复杂的结构对其进行数字模拟困难

“数字孪生”指现实世界事物的虚拟表现，它无疑是目前最热门的技术趋势之一。“数字孪生”融合了人工智能、物联网、元宇宙、虚拟现实以及增强现实等技术，致力于创建出真实物体、系统或过程的数字模型。科学家们可以修改这些模型的参数，以研究这些改变对真实物体或系统等的影响，而成本仅为在现实世界中进行实验所需成本的一小部分。行业分析师估计，到2026年，“数字孪生”市场可能达到近500亿美元。

全球很多企业都致力于在其开发、生产等过程中应用“数字孪生”技术，从复杂设备的工程设计到3D沉浸式环境，再到精确医疗和数字农业等。近年来，一些真正具有开创性的“数字孪生”范例不断涌现，激励着业界，帮助推动科学、医学、工程、制药、体育等领域的发展。美国《福布斯》双周刊网站在最近的报道中，列出了目前最有趣以及最具创意的“数字孪生”范例。

人脑

人脑或许是宇宙中最复杂的结构，对其进行数字模拟极其困难，充满巨大的挑战，但这并没有阻挡人们探索和尝试的步伐。

由欧盟资助的“神经孪生”项目旨在模拟患者的脑，以建立模型，预测刺激对治疗神经系统疾病——包括癫痫和阿尔茨海默病的影响，以找到这些疾病的最佳治疗方法。过去也有其他科研团队尝试模拟大脑的各个方面，但“神经孪生”是第一个专注于建模大脑的电磁活动和生理学的项目。研究团队计划2023年启动临床试验，创建约60名阿尔茨海默病患者大脑的数字模型。

“神经孪生”团队表示，如果研究顺利，这种数字模型可以显著改善患者预后以及对棘手脑部疾病的了解。同时，医生也能借此真正帮助脑疾患者，利用物理和数学的力量解码大脑。

人

尽管听起来有点像天方夜谭，但科学家们目前也正在研究和开发人的“数字孪生”。

2016年，美国通用电气前首席执行官比尔·鲁赫预测，总有一天，每个人出生时就有一个“数字孪生”，当生病时，可用于设计定制治疗方案，还可以模拟生活方式对其长期健康的影响。此外，利用患者独特的基因组，这些“数字孪生”可以预测不同药物的疗效，从而在患病时提供最佳治疗方案。这将最大限度地减少因患者的遗传因素而无法奏效的治疗方案，并延长寿命。

当然，人脑和人的“数字孪生”会引发一系列伦理问题。比如，患者死后，其数字孪生应该如何处理?对此，伦理学家认为，重要的是人们能够控制自己的“数字孪生”的使用，保障自己的自主权和隐私不受侵犯。

城市

中国上海城市运营管理中心为这个拥有2600万居民的城市建立了“数字孪生”模型，模拟了10万个要素，从垃圾处理和收集设施，到电动自行车充电基础设施、道路交通以及公寓楼的大小和位置。

该“数字孪生”的创造者利用卫星和无人机数据构建生活模型，正在帮助当局规划和应对新冠肺炎疫情。此外，它还可以用来模拟洪水等自然灾害的影响，帮助相关部门制定应对计划。

交通基础设施

“数字孪生”作为一种创建城市虚拟模型并模拟政策情景的新技术，可能会改变城市规划的游戏规则。

比如，美国洛杉矶交通部与开放移动基金会合作，创建了该市交通基础设施的“数字孪生”模型。首先，它对微移动解决方案，例如该市的共享自行车和电动滑板车网络的运行情况进行建模，之后，它将扩展到包括共享乘车服务、拼车以及其他可能出现的新的移动解决方案，如自动出租车、无人机等。

体育场

“城市中的基础设施，从灯杆到建筑物，都是可以数字化的。这些数据可以创造价值，例如预测分析。”Willow公司北美首席执行官凯文·丹尼希说。Willow是一家在全球范围内销售其WillowTwin“数字孪生”平台的澳大利亚企业。

洛杉矶索菲体育场是洛杉矶公羊队和闪电队等美国国家橄榄球联盟球队的主场，同时也是Willow公司的客户，它现在也有了自己的“数字孪生”。

这个“数字孪生”不仅涵盖体育场本身，还包括周围占地300英亩的好莱坞公园。由于体育场本身正在建设中(从2020年开始)，它将从公园运营的各个领域实时收集数据，并将其集成到一个平台上，用来回答人们提出的问题，从希望使用该空间的活动组织者到维护和清洁人员，都可以通过“应用商店”模式与这个“数字孪生”互动。

索菲体育场和好莱坞公园董事总经理杰森·加农说：“我们的目标是提供一种新型的粉丝和游客体验，为此我们需要一个全面的、数据驱动的视角，来了解这个项目的所有组成部分之间是如何连接起来的。”

特斯拉售出的每一辆车

特斯拉公司成功的背后，也有“数字孪生”技术的功劳。2011年，这家企业成立了“设计工作室”，赋予其工厂“数字孪生”能力。特斯拉公司利用从汽车传感器收集并上传到云端的数据，对其每辆汽车进行数字模拟。特斯拉将“数字孪生”模型作为所有数据的载体，在此基础上进行分析和制造，这个流程不断循环、改进，为公司生产的每一辆汽车提供数字化解决方案。

这使得该公司的人工智能算法能够确定汽车的故障和其最可能发生的位置，最大限度地减少车主将维修和保养的需要。这也降低了公司的成本，改善了用户体验，使客户更加满意，赢得回头客的机会也更大。

“数字孪生”：宇宙中最复杂的结构对其进行数字模拟困难

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