Trong những năm gần đây, khái niệm "bản sao kỹ thuật số" đã trở nên phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp, mở ra cơ hội mới để các công ty cải thiện sản phẩm và tiết kiệm chi phí. Bằng cách kết hợp phân tích dữ liệu và Internet of Things (IoT), bản sao kỹ thuật số giúp các công ty đưa ra quyết định hiệu quả hơn, giảm chi phí vốn cũng như chi phí vận hành và tăng hiệu suất làm việc.

Digital Twins trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. 

Digital Twins được hiểu là bản sao Kỹ Thuật Số hay cặp song sinh kỹ thuật số. Digital twins sử dụng công nghệ thực tế ảo cũng như mô hình hóa dữ liệu và đồ họa 3D để xây dựng nên mô hình ảo của quy trình, hệ thống, dịch vụ, sản phẩm hoặc các đối tượng vật lý khác. Hay nói cách khác digital twins là một bản sao chính xác của thế giới vật lý. Trạng thái bản sao chính xác của nó được duy trì thông qua các cập nhật thời gian thực.

Digital Twins có thể là bản sao kỹ thuật số của một vật thể trong thế giới vật chất, chẳng hạn như động cơ phản lực hoặc trang trại gió, hoặc thậm chí các vật thể lớn hơn như tòa nhà hoặc thậm chí toàn bộ thành phố, ngoài ra, bản sao kỹ thuật số có thể được sử dụng để sao chép các quy trình nhằm thu thập dữ liệu để dự đoán chúng sẽ hoạt động như thế nào. 

Ví dụ: Một trong những trường hợp sử dụng nổi tiếng nhất của khái niệm này là của NASA vào những năm 1960 , khi tổ chức này tạo ra và sử dụng nhiều trình mô phỏng để lập mô hình các sự kiện gây ra vụ nổ bình oxy của tàu Apollo 13, để nhóm có thể học hỏi từ đó ngăn chặn những rủi ro trong tương lai.

Tương tự, Google Maps cũng là bản song sinh kỹ thuật số của bề mặt Trái đất. Nó liên kết dữ liệu thời gian thực về giao thông để giúp tối ưu hóa lộ trình đi lại của người dùng.

Thị trường Global Digital Twins được dự đoán sẽ tăng với tốc độ đáng kể trong tương lai gần, từ năm 2023 đến năm 2030. Độ phủ của Internet of Things (IoT) trong công nghiệp ngày càng phổ biến, cùng với sự tiến bộ trong công nghệ điện toán đám mây, việc chuyển đổi số trong nhiều lĩnh vực đang diễn ra nhanh chóng, và phân tích dữ liệu theo thời gian thực đang trở nên ngày càng quan trọng - tất cả đều là những yếu tố đang thúc đẩy sự phát triển của thị trường Digital Twins.

Kích thước thị trường toàn cầu của Digital Twins vào năm 2023 đạt 12.91 tỷ USD. Dự báo vào năm 2024, thị trường sẽ tăng lên 17.73 tỷ USD và dự kiến đạt 259.32 tỷ USD vào năm 2032, với tỷ suất tăng trưởng hàng năm trung bình là 39.8%. (Fortune Business Insights) Theo Báo cáo Thị trường Bản sao số 2023–2027, 29% trong số các công ty sản xuất toàn cầu đã triển khai hoặc triển khai phần một chiến lược bản sao số của họ.

Digital twins, xu hướng công nghệ nổi bật được Gartner Inc. đặt tên vào năm 2017, đang trở thành một công cụ quan trọng cho các doanh nghiệp và tổ chức, không chỉ giúp trong quá trình thiết kế và xây dựng mà còn hỗ trợ vận hành và giám sát suốt vòng đời của chúng.

Nhìn chung, Digital twins giúp doanh nghiệp xác định rủi ro nhanh chóng, đánh giá sản phẩm trước khi tung ra thị trường và tạo bản sao của quy trình sản xuất; tăng khả năng dự đoán, khả năng tự quản lý và xác định rủi ro trong hệ thống. Đây cũng là giải pháp theo dõi và giám sát từ xa, tối ưu hóa quy trình quản lý; tăng cường khả năng làm việc nhóm, và tiết kiệm chi phí nhờ mô phỏng quy trình sản xuất trong môi trường ảo. 

Thị trường Digital Twins đang ngày càng mở rộng trên đa lĩnh vực 

Báo cáo “Digital Twins Market New Research Insight Report 2023” đã cung cấp thông tin chi tiết và phân tích thị trường bản sao kỹ thuật số dựa trên mục đích sử dụng các doanh nghiệp sử dụng. Theo đó, các lĩnh vực có sự phát triển của bản sao kỹ thuật số đi đầu bao gồm 

• Hàng không vũ trụ và quốc phòng
• Giao thông vận tải
• Chăm sóc sức khỏe
• Năng lượng 
• Dầu khí
• Nông nghiệp
• Thương mại
• Bán lẻ và hàng tiêu dùng
• Viễn thông 
• Các lĩnh vực khác.

Ngày nay, tầm quan trọng của Digital Twins trong ngành hàng không vũ trụ được các chuyên gia thừa nhận. 75% giám đốc điều hành lực lượng không quân đã bỏ phiếu tín nhiệm ủng hộ ứng dụng Digital Twin, theo báo cáo khảo sát của Business Wire.Với Digital Twins, các kỹ sư có thể sử dụng phân tích dự đoán để thấy trước bất kỳ vấn đề nào trong tương lai liên quan đến khung máy bay, động cơ hoặc các bộ phận khác để đảm bảo an toàn cho những người trên máy bay. Việc áp dụng bản sao kỹ thuật số trong ngành hàng không vũ trụ và quốc phòng chủ yếu được thúc đẩy bởi nhu cầu về các chương trình mô phỏng, thử nghiệm và đào tạo nâng cao. 

Bằng cách tạo bản trình bày ảo của thế giới vật lý và tận dụng dữ liệu thời gian thực cũng như phân tích nâng cao, bản sao kỹ thuật số có thể tối ưu hóa hiệu suất nghiên cứu, giúp giảm chi phí và cải thiện hiệu quả. Một ví dụ điển hình cho điều này là việc Airbus sử dụng bản sao kỹ thuật số để tối ưu hóa hiệu suất của máy bay A350 XWB, giúp giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và khí thải.

Thông qua việc sử dụng bản sao kỹ thuật số, Airbus có thể giám sát và phân tích chặt chẽ hiệu suất của máy bay A350 XWB trong thời gian thực. Bằng cách thu thập dữ liệu từ nhiều cảm biến và hệ thống khác nhau, bản sao kỹ thuật số cung cấp đầy đủ, toàn diện về các thông số vận hành của máy bay, chẳng hạn như mức tiêu thụ nhiên liệu, hiệu suất động cơ và hiệu suất tổng thể. Nguồn dữ liệu này cho phép Airbus xác định những khâu kém hiệu quả hoặc những lĩnh vực cần cải thiện và đưa ra quyết định cải tiến dựa trên dữ liệu để tối ưu hóa hiệu suất của máy bay. Airbus có thể thực hiện các thay đổi đối với phương pháp thiết kế, vận hành hoặc bảo trì máy bay,... 

Từ bối cảnh hậu COVID-19 đến tiềm năng phát triển lớn mạnh của Digital Twins trong Ngành chăm sóc sức khỏe 

Hàng không vũ trụ và quốc phòng là những lĩnh vực có nhiều thành tựu nhất khi đưa bản sao kỹ thuật số vào quy trình vận hành, tuy nhiên không phải là ngành duy nhất có thể ứng dụng giải pháp này. Trên thực tế, bản sao kỹ thuật số cũng đang được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như sản xuất , năng lượng và đặc biệt có nhiều tiềm năng bứt phá trong lĩnh vực “chăm sóc sức khỏe”.

Ít nhiều chịu ảnh hưởng từ đại dịch COVID-19, nhu cầu quan tâm đến sức khỏe của con người tăng một cách đáng kể; đặc biệt các giải pháp giúp theo dõi, giám sát sức khỏe từ xa được ưa chuộng. Công nghệ  bản sao kỹ thuật số có thể được sử dụng cả trong chăm sóc sức khỏe bệnh nhân và quản lý bệnh viện. Trong chăm sóc sức khỏe, Digital Twins mang lại lợi ích trong y học cá nhân hóa, theo dõi bệnh nhân và dự đoán bệnh. Các nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe và các công ty dược phẩm có thể sử dụng bản sao kỹ thuật số để lập mô hình mã bộ gen, đặc điểm sinh lý và lối sống của bệnh nhân từ đó cung cấp dịch vụ chăm sóc cá nhân hóa, ví dụ như các loại thuốc cho từng bệnh án của bệnh nhân.Ngoài ra, bản sao kỹ thuật số có thể được sử dụng để sao chép các thủ tục y tế, chẩn đoán bệnh và cá nhân hóa các phương pháp điều trị. Ví dụ, Trung tâm Y tế Đại học Pittsburgh (UPMC) sử dụng bản sao số để mô phỏng các thủ tục phẫu thuật và dự đoán kết quả, giúp bác sĩ đưa ra quyết định tốt hơn và cải thiện kết quả điều trị cho bệnh nhân.

Rất nhiều nghiên cứu về ứng dụng bản sao kỹ thuật số trong lĩnh vực y học sẽ tăng lên cùng với những tiến bộ của công nghệ IoT, dữ liệu lớn và AI. Theo báo cáo “Health Market report,”chi tiêu toàn cầu cho IoT trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe dự kiến ​​sẽ đạt 188,2 tỷ USD vào năm 2025 với tốc độ tăng trưởng 21,0%. Chăm sóc sức khỏe sử dụng bản sao kỹ thuật số được xem như một phương pháp tiếp cận quan trọng của y học tương lai, hiện thực hóa y học chính xác và mang những lợi ích của việc điều trị cá nhân hóa vào thực tế.

Digital Twins: Những xu hướng của tương lai 

Theo Milind Barve (Pratiti Technologies), 7 xu hướng bản sao kỹ thuật số cần chú ý vào năm 2024 bao gồm: 

1. Sự áp dụng ngày càng gia tăng trong đa dạng các ngành công nghiệp 

Trong tương lai, bản sao kỹ thuật số sẽ được đưa vào quy trình vận hành của doanh nghiệp một cách rộng rãi hơn. Không chỉ là những kế hoạch, bản thảo; bản sao kỹ thuật số sẽ chính thức được đưa vào thực tế để thực hiện. Điều này đánh dấu một sự chuyển đổi quan trọng trong tư duy lãnh đạo đạo khi các ngành công nghiệp hiện nay đã nhận thấy những lợi ích từ giải pháp này. Một báo cáo của McKinsey cho biết 75% doanh nghiệp đã áp dụng bản sao số, và đến năm 2027, giá trị thị trường toàn cầu sẽ vượt qua 73,5 tỷ đô la. Bằng cách giảm thời gian đưa sản phẩm ra thị trường, giảm thiểu chi phí vận hành/bảo trì, cải thiện độ tin cậy và đóng góp vào sự bền vững, bản sao kỹ thuật số sẽ được đưa vào danh sách ưu tiên của mỗi doanh nghiệp. 

2. Xu hướng cộng hưởng công nghệ 

Khái niệm về cặp song sinh kỹ thuật số sẽ vượt xa các cặp song sinh dữ liệu thông thường. Sử dụng mô hình 3D, AR/VR tạo ra trải nghiệm gần gũi hơn, giúp quyết định hiệu quả hơn. Sử dụng trí tuệ nhân tạo và AR/VR trong bản sao số giúp tạo ra các mô phỏng ảo về sản phẩm và quy trình sản xuất trên quy mô doanh nghiệp. Sự kết hợp của các công nghệ sẽ tiếp tục tăng lên, cuối cùng mở ra con đường cho việc tạo ra một "metaverse". Các tập đoàn toàn cầu như Siemens, NVIDIA và GE đang tận dụng bản sao số và AR/VR để phát triển các sản phẩm thế hệ tiếp theo.

3. AI và Digital Twins tạo lợi thế kép 

AI đã và đang có sức ảnh hưởng sâu rộng trên mọi mặt đời sống và Digital Twins cũng không ngoại lệ. Sức mạnh tổng hợp của Digital Twins và AI dự đoán sẽ mở ra những khả năng không giới hạn. Các hệ thống được hỗ trợ bởi AI và học máy có thể dự đoán thời gian ngừng hoạt động tiềm ẩn của tài sản, mô phỏng hành vi trong các điều kiện khác nhau, hỗ trợ đào tạo và hơn thế nữa. Các nhà sản xuất ô tô hàng đầu như BMW và GM đã sử dụng Digital Twins và AI để mô phỏng các thử nghiệm va chạm, tối ưu hóa thiết kế khí động học, v.v. Xu hướng này sẽ còn tăng tốc hơn nữa khi ngày càng có nhiều nhà sản xuất ô tô tận dụng lợi thế kép của Digital Twins và AI.  

4. Vượt ra ngoài lĩnh vực sản xuất 

Sức hấp dẫn của bản sao kỹ thuật số dự đoán sẽ vượt ra ngoài lĩnh vực sản xuất. Nhiều lĩnh vực quan trọng như năng lượng, chăm sóc sức khỏe, bán lẻ, khách sạn và quản lý đô thị,... đã có những bước phát triển ban đầu và còn nhiều tiềm năng rộng mở. 

Ví dụ: GE đang sử dụng bản sao kỹ thuật số trong lĩnh vực năng lượng để xây dựng mô hình trang trại gió dựa trên đám mây . 

5. Sự trỗi dậy của bản sao kỹ thuật số nhận thức 

Ahmed El Adl, người đầu tiên đặt ra thuật ngữ " Bản sao kỹ thuật số nhận thức ", tin rằng việc tích hợp AI tổng quát và hỗ trợ các luồng kỹ thuật số với các khái niệm bản sao kỹ thuật số hiện có có thể sinh ra các bản sao kỹ thuật số nhận thức. Một bản tin của CNBC đã giải thích cách Rolls Royce tận dụng bản sao kỹ thuật số bằng cách tạo ra một bản sao ảo của động cơ phản lực.

AI sáng tạo có thể nâng cao khái niệm này bằng cách cung cấp dữ liệu thời gian thực để tối ưu hóa và phân tích sâu hơn. Điều này có thể thu hẹp khoảng cách trong thiết kế, xây dựng và triển khai. Ngoài ra, sử dụng AI tổng quát có thể cải thiện chất lượng dữ liệu. Điều này có thể đặc biệt hữu ích khi dữ liệu chính xác khan hiếm. Các mô hình AI tổng hợp có thể được đào tạo dựa trên dữ liệu lịch sử và mẫu lỗi để dự đoán các lỗi thiết bị có thể xảy ra.  

6. AR/VR sẽ nổi bật hơn 

Việc triển khai AR/VR vào bản sao kỹ thuật số có thể đưa khái niệm bản sao kỹ thuật số lên một giai đoạn phát triển mới, khiến nó trở nên hữu ích cho các tổ chức và doanh nghiệp. Điều này có thể trao quyền cho những người ra quyết định đưa ra những đánh giá sâu sắc hơn, chính xác và linh động hơn về khả năng tồn tại của sản phẩm. Theo thời gian, cặp song sinh kỹ thuật số sẽ hợp nhất với metaverse. 

Ví dụ, trang web của IKEA cho phép khách hàng tưởng tượng ra các món đồ nội thất trong không gian của họ, nâng cao trải nghiệm mua sắm.

Một báo cáo của Accenture chỉ ra bản sao kỹ thuật số có thể mang lại 1,3 nghìn tỷ USD, giúp giảm 7,5 Gt lượng khí thải carbon. Gần đây, Lockheed Martin và NVIDIA đã hợp tác xây dựng một bản song sinh kỹ thuật số của Trái đất được điều khiển bằng AI nhằm xây dựng một phương pháp tiếp cận tập trung và hiệu quả để theo dõi các điều kiện môi trường toàn cầu. 

7. Mục tiêu bền vững sẽ thúc đẩy việc áp dụng bản sao kỹ thuật số 

Theo báo cáo của Viện Nghiên cứu Capgemini năm 2022, 57% tổ chức đã đồng ý rằng một trong những động lực chính của việc đầu tư vào bản sao số là cải thiện tính bền vững của doanh nghiệp, và 51% đồng ý rằng bản sao số sẽ giúp họ đạt được các mục tiêu về bền vững đã đặt ra.

Bản sao kỹ thuật số của sản phẩm có thể đặc biệt hữu ích trong việc cải thiện các nỗ lực phát triển bền vững. Những bản sao kỹ thuật số này có thể giúp các tổ chức giảm lượng vật liệu sử dụng trong thiết kế sản phẩm cũng như cải thiện khả năng truy xuất nguồn gốc của sản phẩm để giảm rác thải môi trường. Các nhà sản xuất thiết bị điện tử tiêu dùng đã thực hiện những cải tiến đáng kể về tính bền vững bằng cách sử dụng bản sao kỹ thuật số, giảm khoảng 20% ​​lượng phế liệu thải (McKinsey) 

Khám phá thêm về Digital Twins và cập nhật thông tin mới nhất về các xu hướng mới thế giới BANI trong Báo cáo Đổi mới sáng tạo Mở Việt Nam 2023. Báo cáo này không chỉ cung cấp cơ sở dữ liệu chiến lược cho các doanh nghiệp tại Việt Nam, mà còn tổng hợp các tiềm năng và thách thức đối với doanh nghiệp và tập đoàn thông qua việc phân tích chi tiết về các xu hướng đổi mới sáng tạo và công nghệ trên toàn cầu, cũng như tình hình cụ thể tại Việt Nam
 

Trúc Uyên