[Перевод] Цифровой и физический мир без границ: пространственные вычисления и промышленная метавселенная19.09.2024 14:00

По мере того, как идея промышленной метавселенной материализуется в корпоративных инструментах, пространственные технологии находят применение в промышленности, задействуя данные и искусственный интеллект для моделирования физических процессов.

Читайте новою главу отчета Tech Trends от Deloitte в переводе Хабр-редакции КРОК под катом!

Довольно часто инновации вызывают бурную реакцию у фанатов и первых пользователей. Затем интерес общественности постепенно угасает, а спустя месяцы или годы эти технологии возвращаются уже в качестве рабочих инструментов для бизнеса. Одни объясняют такой ход событий через кривую зрелости технологий, построенную компанией Gartner. Другие считают, что инновация проходит естественный путь развития от хайпа до рабочего инструмента. В отчете «Технологические тренды 2023», описывая прошлогодний тренд в статье «Сквозь стекло: иммерсивный интернет для предприятий», аналитики Deloitte прогнозировали, что метавселенная или иммерсивный интернет трансформируется в полноценный корпоративный инструмент по мере того, как компании будут открывать и выстраивать новые способы взаимодействия, например, через моделирование в дополненной и виртуальной реальности.

В этом году некоторые из этих возможностей метавселенной стали развиваться в новых направлениях, в сторону более широкой сферы пространственных вычислений. Пространственные технологии прошли этап потребительского хайпа и теперь в качестве корпоративных инструментов особенно активно применяются в промышленности, где заводы и коммерческие компании создают цифровых двойников, пространственные модели, рабочие инструкции дополненной реальности, а также цифровое пространство для продуктивной и безопасной совместной работы. Перспективы многообещающие: к 2030 году выручка от промышленной метавселенной может достичь почти $100 млрд, оставив далеко позади потребительский ($50 млрд) и корпоративный ($30 млрд) сегменты.

Для работы с иммерсивными 3D-моделями рабочие, проектировщики и инженеры активно используют привычные устройства, например, планшеты, а также экспериментальные технологии — умные очки. Такой подход кардинально отличается от того, что было прежде. Промышленная метавселенная подчиняется законам физики реального мира и позволяет максимально точно, с эффектом присутствия, визуализировать физические процессы с помощью пространственных данных и искусственного интеллекта. Например, производственные рабочие с помощью умных очков могут связаться с экспертом на любом заводе страны, а инженеры могут работать над прототипом нового оборудования в фотореалистичных цифровых двойниках, где действуют все законы физики. Перед началом строительства многие компании стараются сначала смоделировать будущие объекты.

Высокоточные 3D-технологии и аппаратные средства для расширенной реальности (собирательный термин, включающий в себя такие иммерсивные технологии, как дополненная, виртуальная и смешанная реальность) прошли доработку, стали более доступны и могут лечь в основу функциональной пространственной сети, в которой цифровой слой накладывается поверх физического и ускоряет работу в различных отраслях. Рано или поздно, по мере прогресса в этой сфере, настанет эпоха упрощенных операций. И тогда автономных систем, 3D моделей реального времени и квантовых вычислений при непосредственном, но в меру необходимом участии человека, будет достаточно для дистанционной хирургии. Только представьте себе, что при наличии хорошей связи один сотрудник сможет управлять целым производственным цехом.

Вчера: моделирование предприятия

Технологические достижения последних лет позволили заложить фундамент для создания промышленной метавселенной. Инвестиции в цифровых двойников, сети 5G, облачные технологии, периферийные вычисления и искусственный интеллект не только принесли ощутимую пользу, но и позволили избавиться от давнишних проблем. Именно поэтому 92% руководителей производственных предприятий, опрошенных в ходе недавнего исследования Deloitte, заявили, что у них в работе или уже в реализации как минимум один сценарий, связанный с метавселенной, а в среднем таких сценариев больше шести. Опрошенные руководители рассчитывают, что в ближайшие годы эффективность продаж, пропускной способности, равно как и показатели качества вырастут на 12%–14% за счет инвестиций в промышленную метавселенную.

Самые популярные инструменты, согласно опросу, — это моделирование процессов и цифровые двойники. В промышленности с её комплексными, дорогостоящими и высокоточными операциями уже невозможно обойтись без полноценного моделирования. Если данные и модели доступны в реальном времени через интернет вещей и расширенную сетевую среду, то моделирование повышает вероятность успешного построения нового или оптимизацию существующего производственного процесса. Отсюда убежденность некоторых аналитиков в том, что мировой рынок цифровых двойников может вырасти с $6,5 млрд в 2021 году до $125,7 млрд в 2030 году.

Нет способа лучше для взаимодействия с полномасштабными цифровыми двойниками, чем дополненная реальность, ведь такая среда позволяет наложить цифровой слой поверх физического и создать трехмерный иммерсивный интернет для совместного использования. Мировой рынок устройств дополненной реальности оценивался в $38,6 млрд по состоянию на 2022 год, а прогнозируемый ежегодный рост до 2030 года — в 36%, если рассматривать соответствующее программное и аппаратное обеспечение. В то время как на промышленность и производство сейчас приходится наибольшая доля рынка дополненной реальности, ожидается, что доля здравоохранения (например, обучение, моделирование хирургической операции и визуализация вен) будет увеличиваться с совокупным годовым темпом роста в 44% вплоть до 2030 года. Эти технологии нашли широкое применение и в потребительском секторе, сильно выросшем благодаря буму в электронной торговле в период пандемии, а значит, цифровые двойники будут использоваться далеко за пределами корпоративного сегмента.

Пространственные вычисления пока ещё на начальной стадии развития, да и вспомогательные технологии не стоят на месте. Представьте себе, как через мощные спутниковые сети и интернет вещей можно будет подключаться к датчикам на удаленном заводе, чтобы обрабатывать данные о производительности и объемах производства в режиме реального времени. Технологии развиваются, приближая новую эпоху цифровых двойников: фотореалистичных моделей, которые построены по законам физики, усилены искусственным интеллектом и подключены к экосистемам компаний, например к платформе Omniverse в компании BMW. Научно-технический прогресс затронет разные аспекты жизни компании: от планирования пространства до проектирования и даже эксплуатации.

Сегодня: в ожидании пространственной сети

Медленно, но верно развивается пространственная сеть (также известная как концепция Web 3.0), в перспективе способная стереть границу между цифровым и физическим объектами, бесшовно соединив их в одно целое. Благодаря интерфейсам нового поколения, например, умным очкам, пространственная сеть дает людям возможность взаимодействовать с информацией в реальном времени. Данные поступают из физической среды в результате определения местоположения или работы компьютерного зрения, а управление голосом и жестами обеспечивает интерактивность. С таким набором возможностей рынок пространственных вычислений может превзойти рынок метавселенной, а, по некоторым прогнозам, к 2032 году он вырастет до $600 млрд.

Конечно, потребуются годы, чтобы пространственная сеть проявила себя в полную силу, но ее инфраструктуру инновационные компании закладывают уже сейчас. В ближайшие полтора-два года компаниям следует обратить внимание на внедрение пространственных вычислений и технологий, которые повысят эффективность работы сотрудников.

$600 млрд к 2032 году

С таким набором возможностей рынок пространственных вычислений может превзойти рынок метавселенной, а, по некоторым прогнозам, к 2032 году он вырастет до $600 млрд.

Персонал и дополненная реальность

По мере того, как инструменты дополненной и виртуальной реальности входят в обиход работников промышленных предприятий, компании отмечают повышение эффективности и улучшение результатов в нескольких ключевых областях:

•    Эффективный мониторинг. Устройства дополненной реальности с эффектом пространственного погружения позволяют сотрудникам находиться в нескольких местах одновременно, поэтому можно задействовать меньше специалистов и при этом отслеживать больше объектов. Например, решение eXtended Reality Multimedia от компании Nokia обеспечивает отображение на 360 градусов в режиме реального времени, а также объемный звук и потоковую трансляцию. В результате пользователи могут перенестись в физическое пространство, которое находится от них на расстоянии многих километров. Так можно повысить уровень упреждающего техобслуживания, безопасности и контроля качества.

•    Ускоренная адаптация новых сотрудников. Новые сотрудники могут на симуляторах выполнять стандартные рабочие процедуры, опираясь на визуальные подсказки, а значит будут учиться в процессе работы, без отрыва от производства. Например, новые сотрудники на заводах одного автопроизводителя мирового масштаба используют устройства дополненной реальности, чтобы в режиме реального времени работать совместно с экспертами из разных уголков США. Когда все одновременно видят и слышат одно и то же, опытные рабочие могут точно показать, куда и как надо стукнуть молотком по двери.

•    Повышение безопасности. Как отмечалось в отчете прошлого года, руководство может укомплектовать работников средствами дополненной и виртуальной реальности, чтобы лучше подготовить их к работе в опасных условиях. В Медицинской школе Стэнфордского университета в тестовом режиме запустили систему виртуальной реальности, которая объединяет изображения, полученные с помощью МРТ и КТ, чтобы, помимо прочего, создать 3D-модель тела пациента перед операцией. Хирурги видят не просто плоскую картинку, а могут работать с более анатомически детальным цифровым двойником тела, причем могут делать это как в учебном классе, так и в операционной. По итогам врачи уже оценили более высокую точность и безопасность при проведении одних из самых сложных медицинских процедур, таких как операции на мозге.

Проектирование, разработка и продажи продуктов

Пространственные вычисления не только повышают чистую прибыль; технологии дополненной реальности помогают наращивать и общий объем продаж. Например, продавцы одежды интегрируют передовые технологии дополненной реальности в свои приложения, на сайты и в магазины, тем самым выделяясь среди конкурентов. Благодаря генеративному ИИ совсем скоро они смогут через дополненную реальность преобразовывать плоские картинки в 3D модели, а значит, цифровые инструменты станут доступнее и можно будет привлечь больше клиентов в пространственной сети.

С помощью такой технологии дополненной реальности можно не просто примерять изображение одежды на покупателя, но и моделировать, как ткань будет очерчивать силуэт или как будет играть светотень при разных линиях швов. Результаты говорят сами за себя: после внедрения технологии дополненной реальности в некоторых магазинах средний чек вырос больше чем в полтора раза. Поскольку бренды проявили заинтересованность в новейших разработках в области пространственных вычислений, вендоры технологий дополненной реальности ожидают аналогичный спрос и в других сферах, таких как образование, развлечения и путешествия.

Еще одна область применения пространственных вычислений — это моделирование условий для разработки и тестирования продуктов. Так можно существенно повысить гибкость бизнеса, сократить время вывода продукта на рынок и даже добиться более устойчивого развития. Автопроизводители, например, могут не разбивать сотни машин на краш-тестах, а взять исходный набор данных для моделирования тысяч таких испытаний, в которых будут учитываться даже стихийные бедствия, которые не так просто воспроизвести в реальном мире. Одна из крупнейших фармацевтических компания GSK применила эти принципы для моделирования производства вакцин, и в результате этап экспериментов занимает не три недели, как раньше, а всего нескольких минут. А в тяжелой промышленности, например на горнодобывающих предприятиях, с помощью моделирования можно тонко настроить траектории движения машин, тем самым не только повысив эффективность работы, но и сократив выбросы вредных веществ, пока идет процесс перехода на возобновляемые источники энергии.

Планирование и моделирование пространства

Мудрость гласит: «семь раз отмерь, один — отрежь», но в контексте пространственных вычислений она приобретает новый смысл. Благодаря пространственным вычислениям компании могут визуализировать, моделировать и тестировать макеты зданий прежде, чем вкладывать серьезные деньги в строительство. Иначе говоря, «хоть 3 000 раз отмерь, один — отрежь». Архитекторы могут спроектировать точную копию завода или больницы с учетом всех нюансов: количества людей и машин на территории, их взаимодействия и перемещений. Например, руководство больницы может принять решение о расширении приемного отделения, если смоделирует ситуацию со стандартным количеством поступающих пациентов и поймет, что места не хватает. В свою очередь автопроизводителю может понадобиться прогноз, как проектируемый завод справится с резким скачком спроса на электромобили в ближайшие годы.

Именно такую систему представляла себе компания Hyundai Motor, когда в партнерстве с компанией Unity решила создать первую с своем роде полномасштабную модель завода. Автопроизводитель планирует протестировать завод в виртуальной среде, чтобы рассчитать оптимальный метод работы и расположение линий и чтобы в будущем менеджеры завода могли оценивать возникающие проблемы удаленно. Компания Siemens тоже стала одним из первопроходцев промышленной метавселенной, объявив о строительстве нового завода в Германии, который будет сначала полностью спланирован и смоделирован в цифровой среде. Только когда все чертежи будут скорректированы на основе цифровых данных, компания планирует построить настоящий производственно-административный комплекс.

С помощью пространственных вычислений можно не только спроектировать новые помещения, но и оптимизировать использование существующих физических объектов. Например, планировщики розничного бизнеса в компании GUESS сначала спроектировали и протестировали обновления магазинов в цифровом формате и лишь потом начали их реализовывать. В итоге команде удалось сократить расходы на 30% и снизить выбросы углекислого газа в атмосферу благодаря уменьшению количества необходимых командировок.

Завтра: цифровой мир

В связи с предстоящим релизом Apple Vision Pro термин «пространственные вычисления» вышел в массы. Пусть кто-то и задается вопросом, а долго ли продержится этот тренд, аналитики Deloitte не готовы делать ставки против технологий, упрощающих нашу жизнь. История развития технологий доказала, что упрощение способов взаимодействия всегда влечет за собой масштабные изменения: технологии становятся доступнее и удобнее в использовании. Пространственные вычисления могут стать еще одним таким скачком в развитии технологий, когда естественная жестикуляция и другие способы взаимодействия с физическим миром могут быть переложены в цифровой мир, что создаст идеальное соответствие между органическим и технологическим мирами.

Технологии взаимодействия продолжают выходить за рамки компьютерных наук и проникать в область естественных наук (см. статью «Измерения xTech»), что привело к созданию нейрокомпьютерных интерфейсов (мозг-компьютер), чья простота делает их в каком-то смысле венцом эволюции. Хотя сегодня нейрокомпьютерные интерфейсы в основном используют для восстановления человеческих способностей (например, способности ходить), в будущем они могут усовершенствовать такие способности, позволив нам выполнять цифровые и физические задачи с немыслимой ранее скоростью и в невиданных масштабах.

Для этого понадобятся вспомогательные технологии: сети 6G и интернет вещей. Высокоскоростное соединение и повсеместная связь между машинами будущего позволят им беспрепятственно координировать свои действия друг с другом. На Всемирном экономическом форуме уже предсказывали, что когда-нибудь датчики интернета вещей будут буквально везде и смогут оцифровать физический труд человека, повысив общий уровень автоматизации. Такие достижения могут существенно упростить наше взаимодействие с машинами, поскольку они будут лучше информировать нас о своем окружении и состоянии.

Представьте, что в будущем с помощью нейрокомпьютерного интерфейса люди смогут запускать, контролировать и менять цепочку машин на сборочном конвейере. Промышленные задачи тоже можно будет решать удаленно, не вставая из-за рабочего стола. И тогда язык покажется нам чем-то ущербным по сравнению с возможностью передавать мысли напрямую, без вербализации, ведь это гораздо эффективнее, чем сначала облекать их в слова.

Возможности выглядят заманчиво, но компании находятся на перепутье. Если они действительно хотят быть в первых рядах, а не просто гонятся за модой и хайпом, то нужно тянуться за новаторами и наверстывать упущенное. Необходимо не только нанимать и обучать специалистов по компьютерному зрению, сенсорным технологиям и алгоритмам пространственного картирования, но и заранее отработать потенциальные риски. Открытие физического мира для цифровых манипуляций несет в себе риски, связанные с конфиденциальностью (по мере развития возможностей компьютерного зрения), киберзащитой (поскольку физический мир становится уязвимым для взлома) и защитой данных. К счастью, развитие цифровых двойников и работа с первыми 3D моделями преподнесли нам ценные уроки, которые можно использовать в дальнейшем.

Как только пространственные операции начнут использоваться в промышленности, они пойдут дальше, в корпоративный сектор: закономерное развитие пространственных вычислений способно в ближайшие годы радикально изменить виды взаимодействия как в потребительском, так и в корпоративном сегменте.

«Уже сегодня мы создаем 3D-модели стадии исполнительной документации — максимально достоверное отображение реального объекта, по сути, цифровой двойник. BIM (Building Information Modeling) перестает быть исключительно инструментом проектирования, возрастает потребность в получении данных из модели, мониторинга и управления инженерным оборудованием.

Дополненная реальность позволяет использовать BIM-модели в совершенно новых сценариях: контроль за выполнением строительных работ, эксплуатация, техническое обслуживание. Вместе с интеграцией в мониторинговое ПО связка BIM-AR может стать эффективным инструментом в руках инженера, способного видеть оборудование насквозь, получать визуальные данные в режиме реального времени».

Продолжение следует

Отчет Tech Trends 2024 от Deloitte в переводе Хабра-редакции КРОК:

Часть 1: Исследование «Технологические тренды 2024». Противостояние интеллектов

Habrahabr.ru прочитано 675 раз