
Revolucionando industrias con gemelos digitales impulsados por IA
Los modelos de fundación de IBM Researchis están impulsando versiones simuladas de sistemas complejos, que prometen acelerar el progreso tecnológico. Los gemelos digitales han sido considerados durante mucho tiempo como cambiadores de juego en todas las industrias. Ya sea en automoción y aeroespacial, o en fabricación, redes de energía y logística de la cadena de suministro, estos modelos virtuales de sistemas del mundo real han prometido transformar las operaciones a través de modelos predictivos y análisis en tiempo real. Hasta ahora, sin embargo, la tecnología no ha cumplido su promesa, debido a las limitaciones en el modelado de sistemas físicos complejos con una precisión suficientemente alta. IBM Research está trabajando para cambiar eso. Al aplicar técnicas de modelos básicos desarrolladas originalmente para el procesamiento del lenguaje, nuestros investigadores crearon un marco para construir gemelos digitales impulsados por IA que están totalmente basados en datos, se mejoran a sí mismos y son capaces de predecir con precisión comportamientos complejos del sistema. Este avance tiene amplias implicaciones, con aplicaciones que abarcan múltiples industrias que dependen de simulaciones de alta fidelidad para optimizar el rendimiento, mejorar la seguridad y reducir los costos. Transformar el desarrollo de la batería con gemelos digitales impulsados por IA Una de las aplicaciones más inmediatas e impactantes de este enfoque es en el desarrollo de baterías de vehículos eléctricos (EV). EVs’ rango promedio aproximadamente triplicado entre 2010 y 2021, y su la longevidad ahora es comparable a la de los vehículos con motor de combustión interna. Pero la ansiedad y la incertidumbre sobre la duración de la batería siguen siendo las principales barreras para su adopción más amplia. Los compradores de automóviles aún se preocupan por quedarse sin energía sin acceso a un cargador, y a largo plazo, les preocupa que los paquetes de baterías se degraden o fallen prematuramente. A pesar de las recientes mejoras, puede llevar años desarrollar y probar nuevas baterías que duren más y permitan a los automóviles conducir más lejos. Se está avanzando lentamente para los fabricantes de automóviles de Estados Unidos y Europa, especialmente en comparación con los relativamente plazos de desarrollo rápidos de fabricantes chinos de EV. Sphere Energy, con sede en Augsburg, Alemania, está colaborando con IBM Research para especializarse y validar los gemelos digitales basados en modelos de la fundación IBM para acelerar el desarrollo y las pruebas de baterías EV. Al utilizar simulaciones impulsadas por IA, los fabricantes pueden reemplazar años de pruebas físicas con modelos virtuales de alta precisión que predicen el rendimiento y la degradación de la batería en condiciones reales. En el corazón de la innovación digital gemela están las arquitecturas y técnicas de modelos de IA utilizadas popularmente para los modelos de base de lenguaje – los que se ven en los modelos de lenguaje grandes de hoy en día. Pero mientras que los LLM están capacitados en conjuntos de datos de texto y se implementan en tareas basadas en texto, estos modelos están diseñados para manejar la química compleja y las operaciones de los componentes de la batería. De esta manera, IBM Research y Sphere están colaborando para capacitar a gemelos digitales de baterías EV basados en modelos básicos, que los fabricantes de baterías pueden poner a prueba para recopilar predicciones precisas de rendimiento, seguridad y comportamientos térmicos. Al predecir cientos de ciclos basados en tan solo 50 ciclos iniciales, los gemelos digitales basados en modelos básicos aumentan significativamente el rendimiento de las pruebas en comparación con el enfoque tradicional, donde los fabricantes de EV necesitarían desarrollar físicamente nuevas tecnologías de baterías. Se estima que este avance ahorrará millones de dólares y años de pruebas en carretera, según Sphere. “La ingeniería de baterías se basa en datos, no en lenguaje, por lo que estamos usando modelos de base para simular el siguiente mejor punto de datos en lugar de la siguiente mejor palabra, dijo Lukas Lutz, cofundador de Sphere. Y los resultados de la prueba hablan por sí mismos: Esfera puede predecir dentro de un margen de error del 1% cómo se comportará una batería y la edad cuando el rendimiento comienza a caer de una manera no lineal. “Esto simplemente no era posible antes,” dijo Lutz. “Las simulaciones actuales asumen una decadencia lineal y, por lo tanto, no pueden predecir el importante régimen no lineal.” Ampliando el alcance de los gemelos digitales Con gemelos digitales basados en modelos básicos, Sphere tiene la intención de interrumpir el largo ciclo de desarrollo de la batería. Cuando un fabricante original de equipos de batería quiere fabricar una nueva tecnología de celdas de batería para vender a los fabricantes de automóviles, debe validarla durante varios años en un automóvil. Esta prueba de ciclo de vida estándar de la industria no es un requisito reglamentario, pero es esencial para ver cómo envejece una celda de batería en climas cálidos o fríos, bajo una conducción suave y agresiva, con una carga rápida o lenta — condiciones del mundo real que afectan la rapidez con que envejece una batería. En lugar de realizar pruebas en carretera durante años, los fabricantes de baterías pueden implementar el gemelo digital basado en modelos básicos que simula una amplia gama de condiciones de conducción y modela cómo afectarán a las baterías. En la instalación de pruebas de baterías de Sphereheres en Augsburgo, más de 1.500 celdas de varios tamaños, formatos y productos químicos funcionan 24/7 para proporcionar los datos utilizados para el preentrenamiento del modelo de IA. Hasta la fecha, el modelo fue entrenado con datos de más de 4,000 pruebas. Estos datos se introducen en la arquitectura del modelo de fundación de IBM desarrollada por el equipo de IBM Research para conocer el estado de un dispositivo específico y generar predicciones para varios descriptores. En el caso de las baterías, estos descriptores incluyen voltaje, corriente y capacidad. Específicamente, el modelo gemelo digital se basa en una arquitectura codificador-decodificador basada en bloques de transformadores de vainilla que se extienden para integrar representaciones numéricas.Cuando fue pre-entrenado en Sphereheres amplios conjuntos de datos — que también incluyen metadatos sobre