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Doppelganger dinámico: desarrollo del gemelo digital de Florida

Imagine un Jacksonville virtual, visible a través de un casco de realidad aumentada, que muestra los aspectos intrincados de la ciudad en 3D.

Este es el futuro de la planificación urbana sostenible, y la Universidad de Florida lidera un proyecto que aprovechará la inteligencia artificial y las tecnologías de gemelos digitales para hacerlo realidad. Al construir un modelo virtual de una sección de la ciudad, los investigadores de la UF podrán probar escenarios climáticos y de uso del suelo futuros mientras visualizan inversiones en infraestructura.

Esta información permitirá a los tomadores de decisiones ver los posibles impactos reales en las vidas de los residentes y ayudará a los planificadores urbanos a adaptarse a las condiciones cambiantes. Y el piloto de Jacksonville puede ser sólo el comienzo. 

Construyendo el gemelo digital de Florida

Florida enfrenta una infraestructura obsoleta, un entorno cambiante y un rápido crecimiento demográfico. Las tecnologías de gemelos digitales pueden ayudar a los tomadores de decisiones a tomar decisiones basadas en datos para sostener los recursos naturales de Florida, proteger la salud de la comunidad, garantizar la prosperidad económica y mejorar los beneficios de futuros proyectos de planificación urbana. 

Como universidad insignia de investigación con concesión de tierras del estado, la UF está capitalizando sus capacidades de investigación para beneficiar al estado de Florida. El año pasado, el presidente de la UF, Ben Sasse, asignó $1,75 millones en fondos estratégicos de la Legislatura de Florida para construir el Gemelo Digital de Florida. El proyecto, dirigido por Christine Angelini, Ph.D., profesora asociada y directora del Centro de Soluciones Costeras de la UF, tiene como objetivo aprovechar las tecnologías de inteligencia artificial y gemelos digitales que ayudarán al estado a planificar escenarios inciertos.

Utilizando el área de Jacksonville como ubicación piloto, Digital Twin de Florida revelará detalles e ideas sobre edificios, carreteras e infraestructura de aguas residuales. Se eligió a Jacksonville para iniciar el proyecto debido a las estrechas relaciones de la ciudad con los investigadores de UF Health y las partes interesadas locales. 

Y la UF ciertamente tiene lo necesario para construir gemelos digitales. HiPerGator, la supercomputadora más rápida de la educación superior de EE. UU., se encuentra en el campus de la UF, al igual que varios expertos en disciplinas de inteligencia artificial. La UF también tiene una asociación con la empresa de tecnología de inteligencia artificial NVIDIA y acceso a big data sobre los sistemas ambientales, de salud y de infraestructura de Florida.  

"Nos dimos cuenta de que, como institución, tenemos amplitud y profundidad interdisciplinaria, pero no estamos canalizando esa experiencia para generar el mayor impacto posible en el estado de Florida", dijo Angelini. 

Para canalizar esa experiencia, varias unidades del campus han unido fuerzas para colaborar en el proyecto del gemelo digital: la Facultad de Ingeniería Herbert Wertheim; la Facultad de Ciencias Agrícolas y de la Vida; la Facultad de Medicina; la Facultad de Periodismo y Comunicaciones; la Facultad de Diseño, Construcción y Planificación; Investigación de la UF; y Salud de la UF.

Visualizando un Jacksonville virtual

¿Cómo se verá y sentirá el Gemelo Digital de Florida para los usuarios? Los residentes y planificadores urbanos de Jacksonville podrán usar cascos inmersivos de realidad aumentada para ver información valiosa sobre sus vecindarios. El equipo de investigación de la UF ahora está trabajando para permitir que los auriculares muestren los efectos potenciales de las inundaciones, y esta simulación del entorno físico de la vida real puede ayudar a los planificadores urbanos a desarrollar infraestructuras más rentables, eficientes y sostenibles. 

Una de las investigadoras al frente de este diseño es Karla Saldaña Ochoa, Ph.D., profesora asistente en la Escuela de Arquitectura de la UF y directora del Laboratorio de Investigación y Experimentación de Inteligencia Artificial Espacial Centrada en el Humano. Saldaña Ochoa ayuda a desarrollar proyectos que aprovechan las interacciones entre la IA y la inteligencia humana para impulsar la creatividad en el diseño arquitectónico. Saldaña Ochoa quiere tener una mayor comprensión de lo que está sucediendo en el medio ambiente de Florida y al mismo tiempo hacer que la tecnología de gemelos digitales sea accesible para los usuarios de la academia, las empresas y las entidades gubernamentales, y la comunidad.  

"Tenemos acceso a una de las supercomputadoras más rápidas de los Estados Unidos, que puede albergar todos los datos multimodelo necesarios para crear un gemelo digital, como simulación de agua, un entorno construido en 3D y datos de salud", dijo Saldaña Ochoa. . "Queremos encontrar una manera de visualizar datos desde la interfaz web en Omniverse utilizando gafas de realidad aumentada: una experiencia de realidad aumentada".

Además de construir el componente de realidad aumentada del Digital Twin de Florida, los investigadores de la UF están trabajando para reducir la ciudad a una serie de vecindarios 3D que se agregarán a una interfaz web. Construir una interfaz de los vecindarios de Jacksonville que se están adaptando al cambio climático fue el desafío perfecto para Jeff Carney, profesor asociado de la Escuela de Arquitectura de la UF y director del Instituto de Florida para la Resiliencia del Medio Ambiente Construido. La experiencia de Carney en la investigación del papel de la arquitectura y la planificación urbana en la construcción de resiliencia se alinea con la capacidad del gemelo digital de Jacksonville para evaluar los riesgos de inundaciones y medir los impactos futuros. 

“Hoy en día existe el impacto de las tormentas y las inundaciones en los edificios y las calles, pero ¿cómo será el impacto de las inundaciones dentro de seis meses?”, preguntó Carney. “¿Cuál es el impacto en la salud de los residentes dos, tres o cinco meses después de una tormenta? Creo que será interesante explorar algunas de esas preguntas con el gemelo digital”.

Los gemelos digitales y el futuro de Florida

El proyecto Digital Twin de Florida es sólo una pieza del rompecabezas cuando se trata de desarrollar soluciones a largo plazo para la población del estado. Los investigadores de la UF también están explorando nuevas aplicaciones de la tecnología de gemelos digitales que mejorarán la atención al paciente, como la construcción de unidades de cuidados intensivos virtuales.

Azra Bihorac, MD, directora del Centro de Atención Clínica Inteligente de la UF y figura destacada en la investigación de IA médica en UF Health, es pionera en la aplicación de gemelos digitales en el sector de la atención médica. Bihorac se centra en el uso de gemelos digitales para minimizar el estrés del paciente y mejorar la eficiencia y la formación de la atención sanitaria. Uno de los objetivos de Bihorac es brindar experiencias virtuales a los pacientes desde la comodidad de sus hogares, lo que puede ayudar a minimizar el estrés y la ansiedad asociados con ciertas experiencias de atención médica.

"Cuando un paciente viene para una cirugía, puede visitar el espacio con anticipación", dijo Bihorac. “Pueden pasar por el quirófano y ver dónde residirán después de la cirugía. Incluso pueden interactuar con agentes de IA que actúan como representantes de nuestros médicos y enfermeras”.

Desarrollar un modelo de gemelo digital para una unidad de cuidados intensivos es un paso fundamental para aprovechar el potencial de las experiencias médicas virtuales. En entornos hospitalarios simulados, los investigadores pueden realizar pruebas rigurosas y perfeccionar los escenarios de atención antes de presentar nuevos tratamientos al público. Las situaciones de vida o muerte a menudo pueden reducirse a cuestión de segundos y, debido a este pequeño margen de error, un gemelo digital de una unidad de cuidados intensivos puede ayudar a salvar vidas al preparar mejor a los proveedores de atención médica para tratar a sus pacientes.

A medida que proyectos como el Gemelo Digital de Florida y las unidades de cuidados intensivos virtuales continúen evolucionando, los investigadores de la UF utilizarán la información de las tecnologías de gemelos digitales para mejorar los descubrimientos científicos. Optimizarán los esfuerzos de conservación, la economía y los sistemas de salud pública del estado, reforzando el papel de la UF como universidad líder en investigación de IA que está transformando positivamente el futuro de Florida.