Technologie & Digitales

Luzerner Experte erklärt «Digital Twins»
Wenn das Grosi digital wieder zum Leben erweckt wird

  • Lesezeit: 5 min
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Der HSLU-Dozent Ulf Christian Müller erklärt, was Digital Twins sind und was wir von ihnen erwarten können. (Bild: Adobe Stock/zvg)

Die schwedische Pop-Band Abba tourt bald mit Avataren um die Welt. Wie weit ist die Forschung damit, den Menschen zu digitalisieren? Ein Luzerner Experte für , , ordnet ein.

«Mamma Mia», «Money, Money, Money» oder «Dancing Queen»: Die schwedische Popband Abba ist wohl den meisten Personen ein Begriff. Nach fast 40 Jahren Pause haben sie sich nun erneut vereint und wollen wieder auf den Bühnen der Welt ihre Hits zum Besten geben. Zumindest fast. Auf der Bühne stehen werden nämlich nicht die Schwedinnen, die bald auf die 80 Jahre zu gehen. Sondern digitale Kopien – sogenannte Avatare – von ihnen.

Möglich machen es Anzüge mit Sensoren, die ihre Bewegungen aufzeichnen. Und Bühnentechnologie, die die digitalen Abbilder dann auf der Bühne tanzen lässt. Klingt nach Zukunftsmusik. Doch die Forschung denkt noch höher hinaus. «SRF Einstein» hat eine Sendung zu digitalen Zwillingen angekündigt. Schweizer Forscherinnen arbeiten demnach an digitalen Kopien, mit denen man wieder mit dem verstorbenen Opi sprechen könnte. Wegen einer Sondersendung zum Ukraine-Krieg wurde der Beitrag jedoch verschoben – das geweckte Interesse der Autorin jedoch nicht.

Hier gibt’s einen Blick hinter die Kulissen der neuen Abba-Tour:

Bis Ende März zu warten, kam nicht in Frage. Deshalb hat die Autorin einen Digital-Twins-Experten der (HSLU), Professor , um Erklärungen gebeten. So viel vorab: Von einer Plauderstunde mit verstorbenen Grosis ist die Forschung noch weit entfernt. Doch dafür nötige Technologien wie künstliche Intelligenzen oder eben die erfahren derzeit viel Interesse, gerade auch bei Unternehmen.

Mit virtuellem Zwilling reale Dinge erforschen

Digital Twins ist quasi ein Überbegriff oder Modewort – wie es Müller bezeichnet – für eine virtuelle Abbildung einer Realität. Das können die erwähnten Avatare als Abbild eines realen Menschen sein. Doch viel häufiger werden Prozesse, Geräte oder Gerätekomponenten digital abgebildet, wie der HSLU-Dozent erklärt. Das sei dann letztlich auch der Forschungsbereich, dem sich Müller und sein Team widmen. Und dieser ist nicht neu: Der Kern des Forschungszweigs besteht schon seit mehr als zwanzig Jahren.

Die Idee hinter digitalen Zwillingen: Um ein Gerät wie beispielsweise eine Waschmaschine vollends zu verstehen und optimieren zu können, will man sie orts- und zeitunabhängig erforschen. Dabei picken sich die Forscher die Eigenschaften und Teile heraus, die sie genauer analysieren wollen. Denn: «Ein komplettes digitales Modell ist mit der heutigen Technologie zu komplex und zu aufwendig, um es zu realisieren», so Müller.

«Avatare gehen weit über das hinaus, was ein Ingenieur im Alltag anwendet.»

Ulf Christian Müller, HSLU

Bleiben wir bei der Waschmaschine: Wie der Maschinenbauingenieur erklärt, erstellen Forscher dann zum Beispiel eine digitale Simulation der Waschtrommel, welche die gleiche Grösse, Geschwindigkeit und Stromverbrauch wie ihr reales Gegenstück hat. Ist dieses ausreichend genau, können die Forscher anfangen zu experimentieren: Wird die Wäsche trotzdem sauber, wenn weniger Wasser verwendet wird? Oder kann Strom gespart werden, wenn die Trommel etwas weniger schnell dreht und dabei das Resultat – saubere Wäsche – gleich bleibt?

Mithilfe des Computermodells lassen sich Fragen wie diese in kürzester Zeit berechnen. Wenn dieses zeitgleich mit der Maschine rechnet und interagiert, kann gar der Waschgang, während er läuft, optimiert werden.

Für Windturbinen wie für Patientenüberwachung

Das Waschmaschine-Beispiel zeigt bereits eine der möglichen Nutzungen auf: die Produktentwicklung. Mit einem digitalen Modell kann nämlich viel Geld eingespart werden, da nicht erst zahlreiche Prototypen erstellt werden müssen. Und wenn das Produkt fertig entwickelt ist, zeigt sein digitaler Zwilling, wie dessen Einsatz verbessert werden kann. Diese Anwendung soll vor allem KMU zugutekommen. «Mit einfachen Prozessmodellen können auch Unternehmen, die wenig in investieren, ihre Produkte effizient weiterentwickeln», so Müller.

Gemäss einem Artikel des Technologieriesen IBM wenden viele verschiedene Sektoren solche digitalen Modelle an. Im Energiesektor beispielsweise für den optimierten Betrieb einer Windturbine oder die Analyse von Bohrplattformen weit ab der Küste. In der Medizin könnten Ärztinnen sie zur besseren Überwachung des Gesundheitszustands eines Patienten verwenden.

Der Hauptfokus der Forschung liegt derzeit darauf, die Komplexität und damit die Genauigkeit der digitalen Modelle zu erhöhen. Wegen limitierter Rechnerleistung müssen Forscherinnen derzeit «eine ganze Tüte an Vereinfachungen» machen. Künftig sollen dann die Modelle genau genug sein, in Echtzeit mit realen Prozessen und Geräten zu interagieren und deren Betrieb zu optimieren. Man spricht dann von «modellbasierter Regelung». Oder künstliche Intelligenzen trainieren können, um die anfangs erwähnten Avatare zu erstellen.

Virtuelles Grosi bleibt vorerst noch Fantasie

Der HSLU-Dozent verpasst den Sci-Fi-Fantansien aber einen Dämpfer: «Menschen sind sehr komplex, die Ansprüche an einen entsprechenden Zwilling steigen immens», so Müller. «Avatare gehen weit über das hinaus, was ein Ingenieur im Alltag anwendet.» Damit ein solches «virtuelles Grosi» entwickelt werden könnte, müsste noch viel geforscht werden.

Zudem wäre es auch kein «reiner digitaler Zwilling». Denn um das Grosi zum selbständigen Sprechen zu bewegen, würde auch (KI) eine Rolle spielen. Bis eine KI jedoch selbständig agieren, denken, sprechen kann, dauert es noch lange. Digitale Zwillinge könnten insofern eine Rolle spielen, als dass sie die künstliche Intelligenz trainieren könnten. Also das Modell mit Entscheidungen, Gesten und Sprachproben füttern, auf Basis derer die KI dann weiss, was sie in welchem Fall tun oder sagen soll.

Zwar haben KI gerade im Bereich der Chatbots grosse Fortschritte gemacht, wie beispielsweise der Test «Bot or Not» vor Augen führt. Dieser ist wohlgemerkt bereits zwei Jahre alt. Um einen Schwatz mit dem Grosi zu halten, braucht es aber auch künftig noch den Gang zum realen Pendant im Altersheim.

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