LABORATORIO NACIONAL - CENTRO NACIONAL DE SUPERCÓMPUTO

¿Qué son los gemelos digitales?

Aplicaciones de la tecnología de gemelos digitales para la industria farmacéutica

Descubrimiento de medicamento

Mejorando los ensayos clínicos

Fabricación farmacéutica

Los beneficios de utilizar el gemelo digital para la fabricación farmacéutica

• Velocidad de comercialización: Los gemelos digitales aceleran el descubrimiento, el desarrollo y la producción de productos farmacéuticos mediante el uso de modelos virtuales para probar y validar rápidamente nuevos compuestos frente a una variedad de factores.

• Capacidad de escalar: Los gemelos digitales ayudan a gestionar las complejidades de trabajar con organismos vivos al predecir cómo se comportará cuando se amplíen a la producción comercial.

• Optimización de productos: Los gemelos digitales utilizan controles en línea para monitorear atributos de calidad críticos durante todo el proceso de fabricación, lo que permite a los fabricantes implementar rápidamente mejoras que generen mejores productos y reduzcan el riesgo de defectos.

Los desafíos del uso del gemelo digital para la fabricación farmacéutica

El futuro de los gemelos digitales farmacéuticos

Beneficios de la autonomía en defensa

• Eficiencia de la misión: las misiones de defensa suelen ser urgentes y una mayor eficiencia es más una necesidad que un beneficio. Un mayor nivel de automatización conlleva una mayor precisión, ya que los sistemas autónomos son mucho más precisos a la hora de realizar tareas y misiones predefinidas en comparación con sus homólogos humanos.

• Menor riesgo: las misiones a menudo implican actividades de alto riesgo, como búsqueda y rescate en entornos hostiles y manipulación y eliminación de materiales peligrosos. Cualquier nivel de autonomía que reduzca la presencia humana y las botas físicas en el terreno para realizar acciones peligrosas ciertamente reduce los factores de riesgo involucrados.

• Resistencia: las misiones de larga duración pueden aumentar la fatiga, elevando el nivel general de riesgo. La resistencia de las máquinas autónomas para misiones de larga duración, como búsqueda y rescate, es muy valiosa.

• Escalabilidad: los sistemas autónomos pueden funcionar de forma independiente o conectados en red para funcionar en cohortes, según la naturaleza del ejercicio. La capacidad de trabajar conjuntamente con precisión milimétrica mejora enormemente la flexibilidad, la escalabilidad y la eficiencia, al mismo tiempo que reduce el tiempo de ejecución.

• Tiempo de respuesta más rápido: los sistemas autónomos permiten el procesamiento de grandes conjuntos de datos en condiciones de tiempo real. El procesamiento casi instantáneo de datos sin procesar y las decisiones instantáneas posteriores superan con creces las capacidades humanas en cualquier condición dada.

Importancia de la autonomía en A&D: aplicaciones de defensa

• Sistemas de gestión de vehículos aéreos (AVMS): en la industria de defensa, se refieren a sistemas y tecnologías integrados que se implementan para gestionar y controlar vehículos aéreos no tripulados y drones. Los AVMS se utilizan para controlar y automatizar tareas como el despegue, el aterrizaje y la ejecución de misiones. Estos sistemas críticos también son responsables de mantener la comunicación con las estaciones de control, monitorear el estado, realizar diagnósticos y mantener la ciberseguridad.

• Vuelo en formación y enjambre: El vuelo en formación y el enjambre se refieren a un concepto avanzado en el que los aviones vuelan de manera coordinada mientras mantienen una distancia específica dentro de una configuración geométrica. Los vuelos en formación tienen diversas aplicaciones y beneficios, como amplia vigilancia e inspección aérea, monitoreo ambiental y retransmisión de comunicación constante para comunicarse a grandes distancias.

• Neutralización de la amenaza de misiles: la neutralización de la amenaza de misiles se refiere al uso de sistemas autónomos para detectar, rastrear y contrarrestar cualquier ataque con misiles entrantes. Los sistemas que son capaces de tomar decisiones en fracciones de segundo son clave para el funcionamiento eficiente de varias etapas, incluida la detección, la toma de decisiones, las contramedidas, el lanzamiento, la interceptación y la adaptación en tiempo real.

Importancia de la autonomía en A&D: aplicaciones comerciales

• Sistemas de asistencia al piloto: Los sistemas de asistencia al piloto pueden realizar diversas funciones como piloto automático, navegación automatizada e incluso maniobras evasivas. La automatización de tareas rutinarias en la cabina permite al piloto concentrarse en tomar decisiones relacionadas con parámetros críticos. Como resultado, la seguridad general mejora debido a una mayor conciencia situacional.

• Transporte de carga autónomo: el transporte de carga no tripulado es otra aplicación clave. Lograr soluciones logísticas de bajo costo en las que módulos autónomos puedan navegar a áreas remotas con servicios limitados puede agregar un valor enorme a la economía.

• Control de tráfico aéreo optimizado: la optimización de las rutas de vuelo con aviones con inteligencia artificial (IA) puede ayudar enormemente a reducir la congestión del tráfico aéreo. Se pueden lograr mayores niveles de sostenibilidad optimizando rutas que puedan reducir el consumo general de combustible.

• Respuesta a emergencias: los sistemas automatizados pueden realizar ciertas funciones limitadas en caso de una emergencia. Debido a que los sistemas autónomos son capaces de analizar rápidamente la situación, estos sistemas pueden brindar orientación a los pilotos en emergencias como fallas de motor, problemas de salud repentinos y aterrizajes de emergencia.

Autonomía en A&D: hoy vs mañana

Desafíos autónomos en A&D

• Las aplicaciones deben operar en entornos complejos e inciertos y soportar sistemas autónomos y de asistencia al piloto, garantizando al mismo tiempo la seguridad del sistema.

• Las aplicaciones deben respaldar el diseño de rendimiento de sistemas eficientes, como trayectorias con conciencia de energía o maximización de cobertura de área.

• La percepción en entornos complejos requiere un enfoque multisensor.

• El entrenamiento y validación de la percepción requiere simular miles de escenarios en tiempo real.

• Las pruebas de vuelo reales para validar el sistema y garantizar la seguridad y la confiabilidad son costosas.

¿Cómo salimos adelante?

• Precisión:  AVxcelerate proporciona una simulación precisa de sensores basada en la física. Viene con un conjunto completo de modelos de sensores paramétricos que incluyen cámara óptica, lidar, radar y cámara térmica, así como con interfaces de usuario e interconectividad con ecosistemas de validación y desarrollo de usuarios. La simulación basada en la física de AVxcelerate se basa en las propiedades medidas del material y la luz. Tiene en cuenta el aspecto multiespectral de la propagación de la luz en tiempo real, lo que permite al usuario simular casos extremos del mundo real, como diversas condiciones de iluminación y climáticas extremas.

• Agnóstico de la cadena de herramientas: AVxcelerate proporciona una arquitectura abierta con la capacidad de conectar sensores basados ​​en la física a cualquier simulador de vuelo de terceros a través de API públicas basadas en los estándares Google Protobuf o grpc (programación/scripting en C/C++, .Net o Python).

• Conectividad de software-in-the-loop (SiL) y hardware-in-the-loop (HiL): el software de percepción se puede probar tanto en la computadora host con SiL como en el banco de pruebas con HiL. Tenga en cuenta que HiL requiere el uso de una caja de inyección, que reemplaza el generador de imágenes real con la imagen virtual.

Impulsando la Innovación

Optimización del Diseño y Rendimiento

Reducción de Costos y Tiempos de Desarrollo

Adaptabilidad ante Desafíos Emergentes

Un modelo mallado de un DCUBED CubeSat antes de su implementación.

La nueva iniciativa espacial

Simulación de los contornos de la velocidad resultante en una matriz desplegable.

Abordar la multifísica del espacio

Un modelo mallado de una matriz DCUBED cuando está casi completamente desplegada.

Los actuadores de liberación vienen en una variedad de tamaños y pueden empujar un elemento al espacio o facilitar el despliegue de un desplegable complejo.

DCUBED crea estructuras de antenas y paneles solares desplegables que pueden expandirse a su tamaño completo en el espacio.

Para la simulación de las estructuras y para comprobar que resistirán el lanzamiento y se desplegarán en el espacio, la start-up utiliza el software de simulación Ansys.

• Ansys Mechanical es el mejor solucionador de elementos finitos de su clase con capacidades estructurales, térmicas, acústicas, transitorias y no lineales para mejorar su modelado.

• Ansys LS-DYNA es el software de simulación explícita líder en la industria que se utiliza para aplicaciones como pruebas de caída, impacto y penetración, choques y colisiones, seguridad de los ocupantes y más.

• Ansys Startup Program brinda acceso completo al software de simulación multifísica de Ansys y a los recursos de computación de alto rendimiento (HPC) para brindar a las nuevas empresas el soporte que necesitan en un panorama competitivo.

"LS-DYNA es el único solucionador que podría realizar simulaciones altamente no lineales que involucran muchos desplazamientos muy grandes, que es lo que necesitamos cuando observamos estructuras espaciales inflables".

— Thomas Sinn, Ph.D., fundador y director ejecutivo de DCUBED

Resultados de un estudio de adaptación de malla en Fluent Aero utilizando seis ciclos combinados de adaptación de indicadores de Hesse que muestran mejoras sucesivas en el refinamiento de la malla para capturar la estela.

¿Qué es Fluent Aero?

Interfaz de usuario de Fluent Aero que muestra la vista del proyecto, la vista del esquema y el panel de gráficos

• Project View , una organización de archivos de proyecto que proporciona una interfaz clara basada en proyectos para crear, administrar e interactuar con estudios CFD paramétricos llamados Simulaciones en Fluent Aero. Por ejemplo, si desea estudiar múltiples configuraciones de aeronaves (geometrías), cada configuración se puede almacenar en una carpeta de simulación separada. Dentro de cada simulación puede crear puntos de diseño, cada uno de los cuales representa una condición de vuelo libre diferente. Hacer que estos puntos de diseño aparezcan directamente dentro del espacio de trabajo de Fluent Aero permite al usuario interactuar, cargar o agregar notas rápidamente con estos archivos sin tener que navegar manualmente a través del sistema operativo del usuario.

• Outline View presenta el flujo de trabajo guiado paso a paso de Fluent Aero. Proporciona un procedimiento simple y coherente para explorar una amplia gama de condiciones. El espacio de trabajo expone y utiliza los modelos, solucionadores y configuraciones de convergencia más relevantes del solucionador Fluent que han sido calibrados específicamente para problemas de aerodinámica externa. Estas configuraciones esculpidas están organizadas en pasos relevantes para guiar al usuario en la obtención de resultados CFD confiables.

• Propiedades Geométricas reconoce automáticamente el tipo de dominio de su malla (campo lejano o túnel de viento) e impone el tipo correcto de condiciones de contorno asociadas con el tipo de dominio. Las propiedades geométricas también se definen para calcular los coeficientes aerodinámicos de una aeronave.

• Airflow Physics muestra los modelos RANS de turbulencia más relevantes y las propiedades de la mezcla de aire para representar las atmósferas de la Tierra y Marte. Se puede habilitar la selección automática de ecuaciones de energía avanzadas y reacciones químicas para realizar simulaciones de alta velocidad.

Fluent Aero puede automatizar la configuración de las condiciones de presión y temperatura en función de las atmósferas de la Tierra y Marte y seleccionar las especies correctas para usar como aire.

• Condiciones de simulación define la condición o matriz de puntos de diseño que el usuario desea explorar. La matriz podría ser una trayectoria de vuelo, condiciones del túnel de viento, envolvente de vuelo, etc. Se admiten las propiedades de Mach, Reynolds y altitud, eliminando así la necesidad de convertir estos valores en propiedades estáticas o totales.

Al utilizar el panel de condiciones de simulación, Fluent Aero puede generar rápidamente una matriz de puntos de diseño, lo que permite a los usuarios simular rápidamente una variedad de condiciones. En esta imagen, un usuario generó 13 puntos de diseño utilizando un barrido uniforme de altitudes de vuelo.

• Grupos de componentes organiza la geometría de la aeronave en grupos de componentes para mejorar la configuración de condiciones específicas (como el escape o la admisión del motor) y el posprocesamiento.

• Solve ofrece configuraciones de convergencia integradas que son adecuadas para casos simples (Predeterminado), como una configuración de crucero, o para casos más complejos (Robusto), como una configuración de gran elevación. Un usuario avanzado puede seleccionar Personalizado y modificar las configuraciones de convergencia más relevantes y comunes de Fluent si las dos opciones anteriores no son adecuadas. Se utilizan criterios de convergencia para controlar el tiempo de simulación. Se proporcionan automáticamente monitores de residuos y coeficientes aerodinámicos para evaluar la convergencia.

• Resultados explora todas las soluciones de la matriz de condiciones. Los coeficientes aerodinámicos, fuerzas y momentos se proporcionan para cada condición en las tablas. Se pueden crear gráficos paramétricos de coeficientes aerodinámicos y compararlos con datos de referencia, como datos experimentales, en Gráficos y Trazados. El usuario puede utilizar Contornos para visualizar el flujo de aire alrededor de la aeronave y sus componentes y generar automáticamente cifras para todos los puntos de diseño. 

¿Cómo puedo acceder al espacio de trabajo de Fluent Aero?