Die Welt der digitalen Zwillinge

Denken Sie sich zwanzig Jahre in die Zukunft. Sie sind krank und gehen in die Apotheke. Statt eines Medikaments vom Schalter erhalten Sie ein individuell auf Sie zugeschnittenes Präparat, das Sie in kürzester Zeit heilt. Das ist der ambitionierte Traum einiger Forscher, in dem jeder Mensch über ein virtuelles Abbild seines Körpers, Genoms und Stoffwechsels verfügt. Therapien würden damit schon vor Beginn optimal auf den Patienten abgestimmt. Im besten Fall ließen sich mithilfe des digitalen Zwillings Krankheiten so früh erkennen, dass sie sich von vorne herein vermeiden lassen.

Virtuelle Kopien liefern wichtige Informationen

All das ist zwar noch Zukunftsmusik, doch einige Formen digitaler Zwillinge gibt es längst. Zum Einsatz kommen die virtuellen Kopien von Produkten, Objekten oder Prozessen hauptsächlich in der Industrie. Denn so wie ein Mensch regelmäßig zum Arzt gehen und behandelt werden muss, brauchen auch Maschinen und Software Inspektionen und Reparaturen. Verschleißteile sind den unterschiedlichsten Einwirkungen ausgesetzt – die daraus resultierenden Störungen, Abnutzungserscheinungen und Ausfälle lassen sich mithilfe des Computerabbilds frühzeitig prognostizieren. Und dann schon beheben, bevor ein echter Schaden eintritt.

Wie funktioniert der digitale Zwilling?

Der Zwilling ist mehr als ein bloßes Modell eines Prozesses oder Produkts. Er bildet sein reales Gegenstück exakt ab, ist mit diesem synchronisiert und verhält sich ebenso wie das Original. Sensordaten einer Maschine beispielsweise werden im laufenden Betrieb automatisch auf den digitalen Zwilling übertragen. Auf dieser Datenbasis können Techniker dann etwa Nutzungsszenarien sozusagen in sicherer Umgebung authentisch simulieren, bevor sie an der eigentlichen Maschine eingesetzt werden.

Der Zwilling ist somit auch ein Werkzeug zur permanenten Optimierung – und zwar für den gesamten Lebenszyklus eines Produkts. Design, Produktion und Betrieb lassen sich digital planen, modifizieren und kontrollieren. Bei der Fertigung lassen sich diverse Produktionsschritte zunächst erproben und am Zwilling perfektionieren. Ist das Produkt fertig, wird es durch den kontinuierlichen Informationsaustausch im laufenden Betrieb gemessen und überwacht.

Wegbereiter für die Industrie 4.0

Nicht nur bei einzelnen Produkten und Systemen finden digitale Zwillinge ihre Anwendung: Bald lassen sich damit ganze Produktionsanlagen konzipieren. In einem ersten Projekt hat das Fraunhofer-Institut eine Anlage virtuell in Betrieb genommen und getestet. Dies sei ein gelungenes Beispiel, wie der Megatrend Industrie 4.0 funktionieren könne, meint Projektleiter Prof. Dr.-Ing. Rainer Stark.

Aber auch im Konsumgüterbereich dürften digitale Zwillinge bald eine entscheidende Rolle spielen. Ein Hersteller von Unterhaltungselektronik könnte zum Beispiel noch mit seinem Produkt verbunden bleiben, wenn es schon beim Kunden im Wohnzimmer steht. Die übertragenen Daten liefern Rückschlüsse darauf, wie das Produkt „im echten Leben“ statt in der reinen Laborsituation eingesetzt wird. Informationen, mit denen sich die Produktweiterentwicklung näher an die Kundenwünsche heranführen lässt.

„Mit einem Status sendenden Produkt wäre frühzeitig erkennbar, dass sich neue Trends herauskristallisieren – mithin sogar mit sehr realistischen Daten für neue Designs, so wie es gerade bei den E-Bikes wieder absehbar ist.“

– Frank Lamack, Senior Consultant im Bereich Augmented und Virtual Reality, T-Systems

Digitale Medizin?

Im Gegensatz zur industriellen Anwendung sind in der Medizin „lebensechte“ Patientenkopien noch in weiter Ferne. Es lassen sich jedoch bereits einzelne Zellen digital darstellen. Getestet wird das aktuell unter anderem in der Krebsforschung, wie die Zeit berichtet. Anhand eines Computermodells möchten Forscher Tumorzellen von Patienten besser verstehen lernen. Der Hintergrund: Weil jeder Tumor individuell ist, reagiert jeder auf verschiedene Zytostatika unterschiedlich gut. Bislang müssen Ärzte daher oft Breitband-Chemotherapien mit starken Nebenwirkungen einsetzen – künftig könnten sie auf sehr viel gezieltere Methoden zurückgreifen.

Eines Tages also „leben“ digitale Zwillinge in ihrer simulierten Welt vielleicht parallel mit ihren realen Geschwistern und werden nicht nur Fehler in der Produktion eliminieren, sondern auch dabei helfen, Krankheiten zu heilen.

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Fotos: © chombosan/iStock