El concepto de gemelo digital permite cielos urbanos más seguros
El mantenimiento de las aeronaves modernas suele basarse en calendarios para toda la flota derivados de las hipótesis de diseño más pesimistas. Esto significa que todas las aeronaves de una categoría se mantienen y se retiran al mismo tiempo, independientemente de su historial operativo real. «Este método único es costoso y derrochador», afirma Marek Vančo, coordinador del proyecto AVATAR(se abrirá en una nueva ventana), de EVEKTOR(se abrirá en una nueva ventana), en Chequia. «Las aeronaves que han experimentado un menor uso que la media se retiran prematuramente, mientras que las sometidas a condiciones más severas pueden ser objeto de un seguimiento inadecuado entre inspecciones».
Gemelo digital para un análisis en tiempo real
El equipo del proyecto AVATAR, financiado con fondos europeos, pretendía optimizar el funcionamiento y mantenimiento de los vehículos aéreos existentes mediante una supervisión continua en tiempo real y apoyar el despliegue seguro de materiales y diseños novedosos. Para lograrlo, el equipo del proyecto desarrolló un marco escalable de gemelo digital para la gestión en tiempo real de la robustez y el uso de las estructuras. Un gemelo digital es una réplica virtual de un sistema que se actualiza en tiempo real utilizando datos de sensores, inteligencia artificial (IA) y análisis. «El marco se construyó en torno a tres componentes integrados», explica Zahra Sharif Khodaei, del Imperial College(se abrirá en una nueva ventana), Reino Unido, que trabajó en AVATAR como coordinadora científica. «En primer lugar, un sistema de detección física de IdC proporciona una medición continua, ligera e ''in situ'' de la respuesta estructural durante el vuelo». El segundo componente es un sistema virtual de predicción con aprendizaje automático probabilístico para el diagnóstico de los daños en tiempo real, mientras que el tercero es una plataforma segura de comunicación de datos que enlaza los sistemas físicos y virtuales mediante la computación de borde en el activo y el procesamiento basado en la nube. «Juntos, estos componentes crean una réplica virtual continuamente actualizada de cada aeronave individual, que refleja su historia operativa real en lugar de una suposición de diseño genérico», añade Sharif Khodaei.
Análisis posterior al vuelo y del conjunto de vuelos
Los tres componentes se integraron en un cuadro de mandos operativo basado en la nube. De este modo, se ofrecieron análisis posteriores al vuelo y agregados de vuelo para dos perfiles de usuario distintos: el analista estructural y el piloto. A continuación, el equipo del proyecto demostró con éxito la eficacia del concepto de gemelos digitales, mediante vuelos de prueba de una aeronave tripulada de EVEKTOR, así como pruebas con drones en laboratorio. «Cada uno representaba una filosofía de diseño estructural diferente y, por tanto, requería una configuración de gemelo digital distinta», afirma Sharif Khodaei. Se recopilaron y procesaron datos reales en vuelo a través de todo el proceso de gemelo digital, con lo que se validó por primera vez el marco en condiciones operativas reales. «El siguiente reto es la ampliación y la comercialización», añade Vančo. «Los tres componentes principales, la piel de detección de IdC, el sistema de predicción virtual y la plataforma de comunicación están listos para un mayor desarrollo hacia productos certificados y comerciables».
Diseño técnico, realidad operativa y seguridad
El equipo del proyecto AVATAR cree que su innovación representa un cambio fundamental en la forma de concebir la relación entre el diseño de ingeniería, la realidad operativa y la garantía de seguridad. Al reducir los tiempos de inactividad innecesarios, el mantenimiento predictivo basado en la condición podría traducirse en precios más bajos y operaciones más sostenibles. «En cuanto al diseño de las aeronaves, los datos de uso real disponibles de forma continua podrían acelerar la certificación de nuevos materiales y configuraciones, incluidos los diseños compuestos e híbridos-eléctricos que definirán la próxima generación de aviación sostenible», señala Sharif Khodaei. A largo plazo, el beneficio más trascendente puede ser para la movilidad en el aire urbano. A medida que los taxis aéreos eléctricos y los vehículos aéreos autónomos empiecen a operar en zonas superpobladas, la aceptación por el público dependerá de una seguridad demostrable y verificada continuamente. «El marco de gemelos digitales del que AVATAR es pionero proporciona exactamente eso: una garantía en tiempo real y basada en pruebas de la integridad estructural de cada vehículo, en cada vuelo», señala Vančo. «Esa capacidad será esencial para integrar con seguridad los vehículos aéreos transformadores en el entorno urbano y generar confianza entre los ciudadanos».
