Công nghệ digital twins thúc đẩy tính bền vững
Toàn bộ khu vực tàu điện ngầm rộng 40 dặm vuông ở Orlando, Florida, có thể sớm hiện diện ảo bên trong các văn phòng của Tập đoàn Hợp tác Kinh tế Orlando (Orlando Economic Partnership - OEP). Tập đoàn đã hợp tác với công ty trò chơi Unity để phát triển mô hình 3D của khu vực này - từ vùng lõi của thành phố đến tận Bờ biển Space, rìa phía đông của trung tâm Florida. Đây là cách thành phố chứng minh với các nhà đầu tư tiềm năng về nỗ lực phát triển để trở thành một trung tâm công nghệ.
Chủ tịch kiêm Giám đốc điều hành OEP Tim Giuliani cho biết, "Đó sẽ là một căn phòng hình tròn với màn hình LED loại 180 độ, Ở giữa, chúng tôi có kế hoạch cho hình ảnh ba chiều, nơi bản sao số của khu vực này sẽ trở nên sống động."
Buổi trình diễn công nghệ này của Orlando được ca tụng có khả năng trở thành yếu tố thay đổi cuộc chơi cho quy hoạch đô thị. Với một bản sao số của thành phố thật (SimCity), các nhà hoạch định chính sách có thể tạo ra các mô hình ảo, mô phỏng các chính sách hay các dự án cơ sở hạ tầng mới, xem trước các tác động của nó trước khi đưa ra quyết định trong thế giới thực.
Đây cũng có thể là một trong những cơ hội hữu hình cho các thành phố trong cuộc đua metaverse, một mạng lưới thế giới ảo, một số nhà lãnh đạo tin rằng metaverse sẽ là tương lai của cuộc sống đô thị. Sử dụng bản đồ 3-D và phân tích dữ liệu tĩnh và thời gian thực, các thành phố và doanh nghiệp đang ngày càng áp dụng công nghệ song sinh kỹ thuật số - mặc dù tính ứng dụng vẫn ở dạng tiềm năng.
"Lưới thực tế" 3-D của khu vườn quốc gia Singapore, Gardens by the Bay, cho phép nhóm bản đồ nắm bắt được hình dạng và các thuộc tính khác của thảm thực vật.
Orlando dự kiến sẽ không chỉ giới hạn sử dụng công nghệ song sinh kỹ thuật số đối với các chuyến tham quan ảo. Orlando kỳ vọng với công nghệ này có thể mường tượng trước các khoản đầu tư khác nhau, như nâng cấp hệ thống giao thông sẽ ảnh hưởng đến môi trường được xây dựng và cư dân của nó như thế nào. Một số thành phố khác của Hoa Kỳ đang xây dựng các bản sao để mô hình hóa các chiến lược tắc nghẽn giao thông và thúc đẩy các mục tiêu về phát thải bằng không. Las Vegas, Los Angeles, New York và Phoenix đều đang xây dựng các cặp song sinh kỹ thuật số để giảm lượng khí thải của các tòa nhà. Đây là một phần của chiến dịch Clean Cities Clean Future (Thành phố sạch, Tương lai sạch) của Công ty phần mềm Cityzenith. Trên quy mô toàn cầu, các thành phố từ Singapore đến Helsinki và Dubai cũng đang đầu tư vào công nghệ này với mục tiêu thúc đẩy tính bền vững và ngành du lịch ảo.
Công nghệ này có thể giúp chính quyền thành phố cắt giảm chi phí vận hành và lượng khí thải carbon của các công trình xây dựng mới, tránh những sửa chữa tốn kém sau khi dự án hoàn thành. Trong bối cảnh một cuộc khủng hoảng khí hậu luôn rình rập các khu vực đô thị, nó có thể cho phép các thành phố kiểm tra tính hiệu quả của các giải pháp đối phó nước biển dâng cao và nhiệt độ đô thị tăng lên. Theo một ước tính, cặp song sinh kỹ thuật số có thể tiết kiệm cho các thành phố khoảng 280 tỷ USD vào năm 2030.
Nhưng tạo ra một bản sao kỹ thuật số không chỉ để trưng bày mà là một cam kết lâu dài. "Những gì chúng ta đang nói đến ở đây, thực sự, là những bộ dữ liệu khổng lồ," Victor Khoo tại Singapore Land Authority, cơ quan bản đồ của quốc gia cho biết. "Bạn cũng sẽ cần phải có hệ sinh thái công nghệ tốt để quản lý dữ liệu của mình theo thời gian. Và nó không được thực hiện một lần; nó phải là một chương trình bền vững." Đối với một số thành phố đầy tham vọng, nó có thể là một thách thức.
Tính khả thi
Trong khi hầu hết các thành phố đang trong giai đoạn đầu xây dựng bản sao kỹ thuật số của riêng mình thì Virtual Singapore trở thành môi trường thử nghiệm cho những gì công nghệ có thể làm. Mô hình của quốc đảo này gồm hơn 3 triệu hình ảnh được chụp ở các đường phố, 160.000 hình ảnh được chụp từ trên không, cùng với hàng tỷ điểm dữ liệu được vẽ bằng 3-D, lên tới hơn 100 terabyte dữ liệu thô. Nền tảng của mô hình sẽ dựa trên 14 bộ dữ liệu cốt lõi về mọi thứ, từ sử dụng đất, diện tích cây xanh đến các tiện ích ngầm.
Mô hình này được coi là chìa khóa nhằm đạt được mục tiêu xây dựng một quốc iga bền vững của Singapore. Với gần 6 triệu người sống trên diện tích đất chỉ rộng 280 dặm vuông, có thể nói không có chỗ cho sai sót.
Ông Khoo cho biết: "Chúng tôi muốn có một bản sao kỹ thuật số thông minh, chính xác, đáng tin cậy và nhất quán". Ông Khoo đứng đầu chiến dịch lập bản đồ 3D quốc gia của Singapore, được khởi động vào năm 2014 để ghi lại các yếu tố của cả địa hình và môi trường xây dựng của hòn đảo ở độ phân giải cao.
Điều làm cho mô hình trở nên thông minh là nó có khả năng phân biệt các tòa nhà với cây cối, lòng đường với vỉa hè … giúp dễ dàng kiểm tra các yếu tố riêng lẻ phản ứng trong các mô phỏng khác nhau. Cửa sổ, mái nhà và mặt tiền của một tòa nhà cũng được coi là tài sản riêng lẻ.
Trong một thí nghiệm gần đây, các nhà nghiên cứu muốn tính toán lượng năng lượng mặt trời mà thành phố có thể khai thác từ các cấu trúc thẳng đứng bằng cách nghiên cứu lượng ánh sáng mặt trời mà từng phần của tòa nhà nhận được. "Các nhà khoa học có thể nhìn vào từng mét vuông trên mái nhà, và họ sẽ biết rằng nếu tôi đặt một tấm năng lượng mặt trời ở bên phải, thay vì ở bên trái, tôi có thể nhận được nhiều năng lượng hơn," ông Khoo cho biết. Đồng thời, cũng có thể tối ưu hóa số lượng tấm pin có thể được đặt trên mái nhà để tối đa hóa lợi ích.
Trong cuộc chiến của Singapore nhằm hạ nhiệt độ, nước này cũng đang xem xét kỹ lưỡng sự phát triển mới có thể tác động đến môi trường như thế nào. Khi các nhà phát triển địa ốc đề xuất xây dựng một tòa nhà mới, sẽ sử dụng mô hình để phân tích toà nhà này ảnh hưởng ra sao đến luồng gió, bóng râm và hiệu ứng đảo nhiệt đô thị.
Để giữ cho mô hình kỹ thuật số phù hợp, mô hình này phải được cập nhật theo tốc độ thay đổi nhanh chóng của thành phố. Theo chiến dịch lập bản đồ quốc gia, toàn bộ hòn đảo sẽ được lập bản đồ và ánh xạ lại liên tục, nhiều ở mức kinh phí cho phép. Theo đó, cứ sau 5 năm, bản đồ trên không được vẽ lại, còn bản đồ đường phố thì trừ 2-3 năm một lần. Nhóm bản đồ vẫn tiếp tục thu thập và cải thiện các bộ dữ liệu cốt lõi.
Trong tương lai, ông Khoo hy vọng có thể sử dụng bản sao kỹ thuật số cho nhiều mục đích khác, từ việc xây dựng lại hiện trường vụ tai nạn thông qua "pháp y kỹ thuật số", đến lập kế hoạch kịch bản cho xe tự hành và robot. "Nhóm của tôi tập trung vào việc phát triển bản sao kỹ thuật số có thể đáp ứng càng nhiều ứng dụng càng tốt”, ông Khoo cho biết.
Lời hứa chưa thực hiện của dữ liệu mở
Giám đốc điều hành Cityzenith Michael Jansen nhận thấy, cặp song sinh kỹ thuật số là sự tiến triển tự nhiên của phong trào dữ liệu mở trong những năm 2010, khi các thành phố cung cấp một lượng lớn dữ liệu cho công chúng, nhưng lại không đóng gói nó theo cách dễ dàng cho cộng đồng và các nhóm công nghệ sử dụng. "Tôi nghĩ rằng cặp song sinh kỹ thuật số sẽ thực hiện lời hứa mà dữ liệu mở trước đây đã không thực hiện được”.
Cặp song sinh kỹ thuật số cũng có thể chứng minh cho công chúng thấy cách dữ liệu thúc đẩy các quyết định chính sách, tuy nhiên nó cũng khá phức tạp, Ray Gastil, Giám đốc Viện Tái tạo thành phố thuộc Đại học Carnegie Mellon cho biết. "Bạn cần một lượng dữ liệu khổng lồ để tạo ra một hình ảnh trực quan về toàn bộ thành phố trông đủ thực tế để mọi người có thể nhận ra được. Cho đến nay, lượng dữ liệu đó chưa đủ để đạt đến mức độ những gì bạn nhìn thấy trong một bộ phim hoạt hình chơi game phức tạp".
Đối với hầu hết các thành phố, nỗ lực trước tiên sẽ tập trung vào một khu vực địa lý hoặc địa điểm cụ thể. Cityzenith đã triển khai công nghệ song sinh kỹ thuật số của mình tại bốn thành phố của Hoa Kỳ thông qua chiến dịch Clean Cities Clean Futures để giúp khử cacbon cho các tòa nhà của họ, bắt đầu với các khu kinh doanh cụ thể. Dự kiến sẽ có tổng cộng 10 thành phố đăng ký tham gia chiến dịch này vào cuối năm nay trước khi Cityzenith đưa các dịch vụ song sinh kỹ thuật số của mình ra toàn cầu.
Tại mỗi thành phố, Jansen cho biết, công ty đang hợp tác với chính quyền địa phương và làm việc trực tiếp với các chủ sở hữu tòa nhà để theo dõi những vấn đề như: Tiêu thụ năng lượng, chất lượng không khí và lượng khí thải carbon thông qua các cảm biến. Dữ liệu thu thập được sẽ kết hợp với dữ liệu công cộng địa phương và trí tuệ nhân tạo với mục đích cuối cùng tạo ra một bản sao kỹ thuật số của toàn thành phố. Theo đó, các nhà quản lý và nhà hoạch định chính sách có thể kiểm tra các biện pháp sử dụng năng lượng hiệu quả và hợp lý hóa việc xây dựng các quy trình trang bị thêm.
Tại Orlando, Giuliani cho biết thành phố đã thu thập được nhiều dữ liệu để đưa vào bản sao kỹ thuật số của Orlando Economic Partnership. Theo thời gian, bộ dữ liệu của họ sẽ tiếp tục phát triển khi họ làm việc với nhiều đối tác hơn, bao gồm các ngân hàng, nhóm bất động sản và các công ty tiện ích. "Tất cả các bên liên quan sẽ có thể sử dụng nền tảng song sinh kỹ thuật số cho mục đích riêng của mình để lập kế hoạch, chiến lược đầu tư và xác định cơ hội.
Tuy nhiên, ngay cả những hệ thống tiên tiến nhất cũng sẽ có nhiều thách thức phải đương đầu. Ở Singapore, cặp song sinh ảo hứa hẹn sẽ làm được rất nhiều điều, tuy nhiên Khoo cho biết vẫn còn nhiều ứng dụng mà nhóm của ông chưa nghĩ đến hoặc thiết kế vào hệ thống. “Phần lớn dữ liệu của chúng tôi được thu thập thông qua chương trình bản đồ quốc gia. Một số vẫn đang được tiến hành và số khác vẫn là ước mơ của chúng tôi, Chúng tôi đang trong một cuộc hành trình, và đây là cách chúng tôi sẽ quản lý thành phố của mình trong tương lai".
