Investigadores del Centro de Computación de Alto Rendimiento de la Universidad de Stuttgart (HLRS) y del Instituto Fraunhofer, han desarrollado un gemelo digital de la ciudad alemana de Herrenberg (31.000 habitantes), para potenciar la planificación urbana sostenible.

Utilizando sensores y otras herramientas digitales, los investigadores recopilaron grandes conjuntos de datos que representan la calidad del aire, el flujo del tráfico y la prevalencia del tráfico peatonal, entre otras dimensiones de la vida, como las emociones de sus habitantes.

Luego fusionaron estos grandes conjuntos de datos utilizando superordenadores, para visualizarlos en realidad virtual.

El equipo compartió su gemelo digital con los funcionarios de la ciudad de Herrenberg y presentó su modelo en varios eventos públicos para alentar la participación pública en la planificación de la ciudad. La respuesta hasta ahora ha sido muy positiva.

Gemelos digitales

Los gemelos digitales son modelos informáticos hiperrealistas de objetos complejos, capaces de simular su función con un alto nivel de detalle.

En el pasado, los científicos e ingenieros han utilizado la computación de alto rendimiento (HPC) para crear gemelos digitales de muchos tipos de objetos, incluidos edificios, motores y redes de servicios públicos.

La computación de alto rendimiento es la agregación de potencia de cálculo para resolver problemas complejos en ciencia, ingeniería o gestión?

El equipo ha adaptado el concepto del «gemelo digital» para las ciudades, utilizando HPC para analizar, integrar y visualizar datos que describen fenómenos urbanos que simulan los procesos complejos y dinámicos que son importantes a tener en cuenta en la planificación urbana.

Sintaxis espacial

Para construir el gemelo digital de Herrenberg, el equipo utilizó un concepto llamado sintaxis espacial.

Así como el esqueleto humano proporciona un andamiaje para todos los demás sistemas y funciones del cuerpo humano, la sintaxis espacial produce un esquema 2D de cuadrículas físicas en una ciudad, ofreciendo un marco para realizar análisis espaciales.

Ese análisis puede predecir los caminos probables que un automóvil, o el tráfico de peatones, pueden tomar para moverse de un punto a otro.

Luego, el equipo incorporó los datos del sistema de información geográfica (GIS) y los sistemas de control de tráfico para conseguir la topografía, la geometría de la carretera y los flujos de tráfico realistas con más detalle, agregando otra capa de complejidad.

Por último, utilizando un código de dinámica de fluidos que se usa para modelar aerosoles de inyectores de combustible, o aerodinámica de aviones, crearon modelos realistas del movimiento del viento y las emisiones a través de la ciudad.

También reacciones emocionales

Además de este tipo de modelado físico de alta precisión, el equipo de HLRS desarrolló una aplicación que invitaba a los residentes de Herrenberg a enviar sus respuestas emocionales a diferentes áreas de la ciudad.

Los residentes proporcionaron datos cualitativos sobre si ciertas ubicaciones les parecen cómodas, inseguras o feas, por ejemplo.

Finalmente, usando un escáner láser 3D, el equipo creó una visualización en 3D del centro de la ciudad.

A continuación, integró visualizaciones de sus diversos conjuntos de datos en un modelo de realidad virtual inmersivo, permitiendo a los tomadores de decisiones ver los datos abstractos «cobrar vida».

Organismos vivos en 3D

Para Fabian Dembski, uno de los creadores de este proyecto, que trabaja en la intersección de la arquitectura, la planificación urbana y la ciencia computacional, las ciudades son más que solo los lugares donde vivimos.

Funcionan como organismos vivos, creciendo y cambiando con el tiempo. Desde esta perspectiva, las decisiones tomadas en la planificación de la ciudad pueden mejorar o degradar la salud de los espacios urbanos.

«Las ciudades no son unidimensionales, por lo que no tiene sentido diseñarlas en una hoja de papel», dijo Dembski en un comunicado.

"La tercera dimensión nos ayuda a comprender las ciudades y su espacialidad. Al permitir que los dirigentes experimenten una vista inmersiva en realidad virtual, les estamos ayudando a experimentarla de manera más realista, ayudándoles a evaluar mejor los diseños, planes u otros escenarios", añade.

Y pronto, con IAEn el futuro cercano, el equipo también explorará cómo las aplicaciones de inteligencia artificial (IA) podrían usarse para representar mejor los innumerables factores que afectan la forma en que los residentes experimentan emocionalmente sus ciudades de origen.

Referencia

Urban Digital Twins for Smart Cities and Citizens: The Case Study of Herrenberg, Germany. Fabian Dembski et al. Sustainability 2020, 12(6), 2307.

El Periodico
16/07/2020