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As aplicações da Ciência de Dados e da modelagem computacional para criar gêmeos virtuais, que permitem inspecionar fenômenos de maneira muito mais segura e barata.

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De acordo com a consultoria de negócios Gartner, em 2021 metade das empresas de grande porte já utilizavam gêmeos virtuais em seus processos. Além disso, a receita gerada por eles terá saltado de US$9,8 bilhões em 2021 para US$13 bilhões em 2023.

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Mas o que são gêmeos virtuais (também conhecidos como gêmeos digitais ou digital twins)?

Como eles podem ajudar no aprimoramento de processos e negócios das empresas? Quais segmentos do mercado mais se beneficiam de seu uso?

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O que são gêmeos virtuais?

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O termo “gêmeos virtuais” remete aos anos 60, quando a NASA começou a usar réplicas e modelos digitais de suas espaçonaves para realizar estudos e testes e desenvolver melhorias em sua estrutura e funcionamento. Apenas em 2010 ele foi usado como é hoje. Originalmente o termo foi cunhado para se referir a réplicas digitais de objetos físicos. Entretanto, com o passar do tempo e desenvolvimento de tecnologias, ele passou a ser aplicado também a processos e fenômenos.

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Desta maneira, podemos definir gêmeos digitais como sendo réplicas computacionais de fenômenos, objetos e sistemas a fim de melhor compreendê-los, estudá-los e desenvolvê-los. São usados, por exemplo, para testar interações entre componentes de softwares, simulação de cenários e eventos e registros de resultados em escalas maiores. Eles dão suporte à tomada de decisões, pois permitem simular como os ativos se comportam de acordo com alguns dados de entrada e eventos.

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Gêmeos virtuais são compostos principalmente por três elementos básicos: o produto físico a ser modelado, o produto digital e as conexões existentes entre eles. Desta maneira há uma troca contínua de informações e dados entre o produto físico e o produto virtual. A partir do produto digital, novos dados são gerados e podem ser analisados para gerar predições de cenários futuros e hipotéticos.

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Conforme a infraestrutura digital tem se tornado cada vez mais integrada às nossas sociedades e indústrias, mais dados vêm sendo coletados e armazenados e maior é nosso poder de tomada de decisões. Principalmente se considerarmos o contexto da Indústria 4.0, em que tecnologias como a internet das coisas (ou Internet of Thing — IoT), big data, machine learning e inteligência artificial são integradas à indústria para aumentar sua produtividade.

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Apesar de gêmeos virtuais serem modelos computacionais e terem algum grau de abstração dos detalhes que compõem seu gêmeo real, eles são uma busca ininterrupta por aumentar a complexidade destes modelos, ganhando mais e mais fidedignidade em relação ao objeto modelado.

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Em que setores do mercado os gêmeos virtuais têm sido utilizados?

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Os gêmeos virtuais têm sido utilizados em praticamente todos os setores da indústria e do mercado. Desde as áreas de manufatura propriamente ditas até a área da saúde, passando pelo planejamento de cidades e construção civil vêm utilizando gêmeos virtuais para aprimorar seus processos e operações.

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Gêmeos Virtuais na indústria

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A indústria é um dos setores que mais tem se beneficiado do uso de gêmeos virtuais. Conforme são aprimorados, por exemplo, o uso de sensores nas máquinas, coletando e armazenando dados de diferentes origens, a linha de produção pode ser modelada computacionalmente de modo a permitir manipulações visando o aumento da produtividade paralelamente, sem que a linha de montagem física tenha que ser interrompida ou impactada.

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Algumas fábricas e linhas de montagem da BMW estão utilizando soluções de virtualização produzidas pela Nvidia e criando gêmeos virtuais para aprimorar suas operações. Os vídeos abaixo mostram um pouco de como eles têm utilizado gêmeos virtuais no gerenciamento de operações de manufatura.

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Além da montadora alemã, a gigante do varejo Amazon tem utilizado gêmeos virtuais para modelar suas redes logísticas, o conglomerado Siemens tem utilizado esta tecnologia para desenvolver novos produtos e soluções.

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Gêmeos Virtuais no planejamento urbano

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Gêmeos virtuais podem ser utilizados para modelar e simular desde a implantação de parques e praças, redes de água e esgoto e redes elétricas, e áreas residenciais até a criação de gêmeos de bairros ou cidades completas.

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Com a integração da internet das coisas, a implementação de cidades inteligentes e com sensoriamento constante, envolvendo-nos como sensores através de nossos smartphones, é possível criar gêmeos virtuais de partes de cidades e até mesmo de cidades completas a fim de melhor compreender e prever os processos físicos, sociais e econômicos que a envolvem.

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Por exemplo, utilizando dados gerados em tempo real por malhas ferroviárias e modelados de modo a ter baixa latência podem permitir que os operadores tomem melhores decisões e corrijam as operações dos trens, com base nas informações e previsões geradas por seus gêmeos virtuais.

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Gêmeos Virtuais na agricultura

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A produção de alimentos e produtos agropecuários também está se beneficiando muito dos gêmeos virtuais. Por exemplo, na modelagem de silos e unidades de armazenamento, na criação de gêmeos de lavouras para compreender quais fatores climáticos e edáficos estão impactando na produtividades, no emprego de agrotóxicos e outros defensivos agrícolas, na simulação de rebanhos para determinar estratégias de enfrentamento a doenças, no maquinário e seu desgaste e logística de distribuição da produção.

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Gêmeos Virtuais na área da saúde

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Outra área que tem utilizado muito e detém um potencial de ser impactado profundamente pelos gêmeos virtuais é a área da saúde em suas múltiplas facetas. O desenvolvimento de tratamentos personalizados e retroalimentados por sensores, o aprimoramento do desempenho esportivo e ampliação do rendimento de atletas, em estudos científicos sobre a epidemiologia de diferentes doenças, no gerenciamento de equipamentos e procedimentos hospitalares, etc. As aplicações dos gêmeos virtuais são inúmeras.

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Gêmeos virtuais fazem parte da área de dados

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Gêmeos virtuais são parte crescente da chamada quarta revolução industrial. Eles serão cada vez mais utilizados, conforme a capacidade técnica e computacional é ampliada. Sua implementação depende de diversas áreas agindo em confluência para a criação de modelos o mais fidedignos possíveis e a área de dados é central em seu desenvolvimento.

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Analistas de Dados, Engenheiros de Dados e Cientistas de Dados são fundamentais para a implementação destes modelos, uma vez que são eles que garantirão a análise dos dados gerados pelos modelos, o fluxo adequado dos dados entre o gêmeo físico e o gêmeo virtual e o processamento e uso adequados dos dados gerados pelos gêmeos virtuais para alimentar algoritmos de aprendizado de máquina e realizar previsões certeiras.

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A Área de Dados e os Gêmeos Virtuais serão cada vez mais parte da realidade das empresas e serão usados para encontrar falhas e pontos fracos e propor melhorias em processos e produtos, desenhar novas funcionalidades, otimizar operações, etc. O profissional de dados será, portanto, ainda mais requisitado, conforme estas tecnologias avançarem e ganharem ainda mais força mundo afora. Estar preparado para ocupar estes espaços é fundamental para quem quer se projetar para o futuro.