雷神公司研发数字孪生模子，每天能追踪8亿个天外千里镜数据点

2022 年 1 月，好意思国国度航空航天局（NASA，National Aeronautics and Space Administration）耗资 100 亿好意思元的詹姆斯·韦伯天外千里镜（James Webb Space Telescope）行将收场它的 160 万公里旅程，但到达它的既定轨说念仅仅这趟危急旅程的一部分。

为了作念好不雅测准备，航天器必须以复杂的形状伸开。字据其工程师的计较，失败的形状足足有 344 种。

一个网球场大小的遮阳板必须无缺伸开，最终就像千里镜底下的一只广大的闪亮风筝。副镜必须向下舞动到无缺的位置，依靠三条腿将其固定在距离主镜约 7.6 米的场所。

终末，由 18 个六边形部件构成的、像蜂窝雷同的主镜必须自行拼装起来。

三个金色的镜面部分必须从千里镜的两侧伸开，将它们的边际镶嵌到还是安装在沿途的 12 个镜面上。

拼装经过必须十足按礼貌进行，千里镜才能宽泛职责。

雷神公司航空航天驻扎系统业务的技巧总监凯伦·凯西（Karen Casey）说：“那是一个可怕的时刻。”

据了解，雷神公司开采了死亡千里镜默契的软件，面前追究它的运行。

在长达数天的千里镜伸开过程中，雷神公司的工程师们在地球上密切良善着它的一言一行。

这台千里镜位于月球轨说念以外，距离远到即使用最矍铄的不雅测仪器也看不到。

但千里镜不错及时将数据传回地球，软件简直同步使用这些数据来渲染伸开过程的 3D 视频。这就像在看一部扣东说念主心弦的电影。

3D 视频是复杂千里镜的“数字孪生”：通过仪器提供的信息，由计较机打造的一个仪器模子。凯西说：“这是一种大变革，咱们面前粗略看到它了。”

在千里镜运行的早期，团队垂危地不雅察着模子，最终长舒连气儿，344 个潜在问题都没出现。

终末，千里镜参加了它的最终形态，在天外里和屏幕上都看起来像它应有的形状。自那以后，千里镜的“数字孪生手足”一直在自我更新。

对雷神公司来说，建造这么一个复杂的全尺寸复成品的办法并不崭新，部分原因是该公司在国防和谍报边界的职责。比拟天体裁，数字孪生技巧在这些边界更受宽贷。

（起原：STEPHANIE ARNETT, VICHHIKA TEP/MIT TECHNOLOGY REVIEW | NASA）

但是，詹姆斯·韦伯天外千里镜本体上比很多系统更复杂，因此在数字孪生应用中所获得的新施展，面前将反哺给雷神公司的军行状务。

不时来说，国度安全会鼓舞科学技巧的发展，但这个故事未必相背。

数字孪生定约的首席技巧官丹·艾萨克斯（Dan Isaacs）示意，天外黑白国防技巧和国防技巧的交织点，数字孪生是“这些合营奋发的中枢”。

跟着这项技巧越来越纷乱，征询东说念主员越来越多地发现，数字孪生是科学社会中富裕坐褥力的一员。

它匡助东说念主类运行全国上最复杂的仪器，同期也揭示了更多对于全国自己和寰宇以外的信息。

8 亿个数据点

2002 年，专注于生意和制造业的征询东说念主员迈克尔·格里夫斯（Michael Grieves）提议了“数字孪生”的办法。他建议，在什物的开采过程中，应抑制更新什物产物的数字模子。

但“数字孪生”一词本体上来自 NASA 的一位名叫约翰·维克斯（John Vickers）的职工，他于 2010 岁首度使用它，算作航天局技巧路子图论述的一部分。

如今，格里夫斯是数字孪生征询所的追究东说念主，而维克斯仍是 NASA 的技巧群众。

借助附着在物体上的传感器，物联网将的确全国和互联网开通到了沿途。如今，这些建树的数目进步 150 亿台，而 2010 年惟一数百万台。

现时咱们的计较才略正在抑制增强，云就业比前十年更受宽贷、更矍铄，它允许数字孪生的制造商在不投资纷乱硬件的情况下放大或拖沓他们的模子，或创建更多的克隆体进行履行。

面前，数字孪生也不错将东说念主工智能和机器学习相接起来，匡助交融每秒捕捉的纷乱数据点。

基于这些要素，雷神公司决定建造詹姆斯·韦伯天外千里镜的数字孪生，原因与它在国防边界研发数字孪生的原因换取：东说念主们简直莫得犯错的余步。

凯西说：“这是一次不行失败的任务。”

这个数字孪生模子每天追踪 8 亿个的确千里镜的数据点，所有这些 0 和 1 构成了一个及时视频，比成堆的数字更容易被东说念主类监控。

千里镜团队使用数字孪生来监测天文台，并预计软件更新等变化的影响。

在测试这些时，工程师们使用数字孪生的离线副本，上传假定的调动，然后不雅察接下来会发生什么。

该小组还使用离线版原本培训操作员和处理一种名为 IRL 的问题。凯西终结表现其性质。“咱们称之为格外气候。”她说。

科学、国防偏激他

千里镜的数字孪生并不是第一个有“模拟手足”的空间科学仪器。“好奇号”火星车的数字孪生曾匡助 NASA 处理了它的散热问题。

对于欧洲核子征询中心的粒子加快器，数字孪生匡助开采探伤器和监测透风系统等。欧洲航天局但愿愚弄地球不雅测数据创建一个地球自己的数字孪生。

谢全国上最大的单镜千里镜加纳利大千里镜，科学团队大要两年前就运转建造孪生千里镜，那时他们致使还莫得据说过这个词。

其时，工程追究东说念主路易斯·罗德里格斯（Luis Rodríguez）找到了天文台主任罗曼诺·科拉迪（Romano Corradi）。科拉迪说：“他说咱们应该运转把事情筹议起来。”

罗德里格斯建议，他们不错从工业界中学习旨趣。在工业应用中，机器会按时互相通讯和与计较机通讯，监控我方的现象，并自动对这些现象作念出响应。

该团队运转添加传感器，以传递筹议千里镜偏激环境的信息。科拉迪说，了解天文台周围的环境要求是“操作千里镜的基础”。这些要求包括是否会下雨，温度奈何影响示波器的焦点等等

在传感器提供数据后，他们创建了千里镜的 3D 模子，将这些事实可视化。

罗德里格斯说：“这对操作千里镜的职责主说念主员来说黑白常赫然的上风。经管千里镜变得更容易了。在曩昔，死亡千里镜尽头费事，因为它尽头复杂。”

面前，该千里镜的数字孪生刚运转给与到数据，但该团队正在奋发遴荐一种更具解说性的方法，使用东说念主工智能来预计仪器的行为。

科拉迪说：“有了数字孪生中的信息，你就不错在的确的千里镜中作念一些事情。”最终，他们但愿领有一台“智能千里镜”，粗略自动对其情况作念出响应。

科拉迪说，直到旧年他们参加了一个物联网会议，团队才发现他们正在建造的东西盛名字。

他说：“咱们看到，在工业界，而不是科学界，有一个抑制发展的社区，每个东说念主面前都在作念这些数字孪生。”

虽然，正如粒子加快器和航天机构所展示的那样，这个办法正在暗暗地参加科学边界，但它仍然在企业中站稳了脚跟。

科拉迪说：“对工业的神往老是先于对科学的神往。”但他以为，像他们这么的名堂将接续在更粗豪的天体裁界激增。

举例，正在盘算的三十米千里镜的追究小组打电话请他们先容这项技巧。

该千里镜将有一个由数百个小镜子构成的主镜。科拉迪说：“咱们仅仅预思到了这个行业还是发生的一些事情。”

国防工业界简直很心爱数字孪生。举例，好意思国天外军用一个数字孪生来宗旨 Tetra 5 名堂，这是一个为卫星加燃料的履行。

2022 年，好意思国天外军还与 Slingshot Aerospace 订立了一份协议，创建一个天外数字孪生模子，展示地球轨说念上发生的事情，为碰撞等事件作念好准备。

艾萨克斯举了一个例子，空军将一架退役飞机送往一所大学，以便征询东说念主员不错绘图“疲困剖面图”，一种飞机应力、应变和载荷随时辰积累的图像。

由该图像制成的数字孪生不错匡助识别需要更换的零件，以延伸飞机的寿命，或在畴昔联想出更好的飞机。

国防和科学边界的公司，尤其是在航天工业边界的公司，因此很具有上风，它们不错将立异从一个部门飘浮到另一个部门。

举例，詹姆斯·韦伯天外千里镜的数字孪生将与雷神公司国防方面的名堂有一定的相关性，该公司还是在研发导弹驻扎雷达、空射巡航导弹和飞机的数字孪生。

凯西说：“咱们不错在其他场所叠加使用它的一部分。（而）追踪或发送大叫的任何卫星，都可能从咱们所作念的詹姆斯·韦伯天外千里镜职责中受益。”

救济：Ren

运营/排版：何晨龙

01/ 科学家阐释纯量子AI算法表面，对同类算法具有纷乱教授风趣，或极大擢升生化及图文边界模子性能

02/ 让心衰调养告别“治标不治本”：科学家发现新式小分子应承剂，能有用缓解心肌魁梧和纤维化

03/ 新式AI大模子“粗略对纵情代谢酶进行活性预计”和生成式联想矫正，特别数据集部署成为迈向产业化关节

04/ 上交大-MIT都集团队将膜卵白造成非膜卵白，可用于合成生物学和新药研发

05/ 科学家研发微纳生物电子纤维，触碰手指即可读取他东说念主心电信号，可用于智能健康和东说念主机交互