Digital Twins ฝาแฝดดิจิทัล

ปรเมศวร์ กุมารบุญ 

วุฒิวิศวกรไฟฟ้าสื่อสาร

 

“Digital Twin” ถูกนิยามขึ้นครั้งแรกโดย Dr. Michael Grieves แห่งมหาวิทยาลัย Michigan ราวปี 2001-2002 เขาเขียนบทความวิชาการเกี่ยวกับ การบริหารจัดการวงจรชีวิตผลิตภัณฑ์ (Product life cycle management) โดยเขานำเสนอแนวคิดการสร้างฝาแฝดดิจิทัลของกระบวนการผลิตในโรงงาน เพื่อที่จะสามารถเห็นภาพได้ชัดเจนของกระบวนการผลิตและออกแบบผลิตภัณฑ์ ทำให้ต้นทุนต่ำลง

ปี 1018 Gartner ยกให้ Digital Twin เป็น 1 ใน 10 เทรนด์นวัตกรรมที่ต้องจับตามอง และจะเกิดพร้อมการมีอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (Internet of things หรือ IoT) 

Digital Twin คือ การสร้างฝาแฝดดิจิทัลขึ้นมานั้น ใช้เทคโนโลยีหลากหลายผสมผสานกันทั้ง IoT, Machine Learning, Big Data Analytic, Cloud computing, 3D Modeling และ VR/MR ในปัจจุบัน

ซึ่งตื่นตัวในช่วงนี้จากการออกแบบเครื่องจักร และประเมินความเสี่ยง บริษัท General Electric หรือ GE เป็นผู้นำในการพัฒนา Digital Twin ในอุตสาหกรรมการผลิตเครื่องบิน บริษัท GE ติดเซนเซอร์บนเครื่องบินนับร้อยๆ ตัว เพื่อรายงานสถานการณ์ต่างๆ และมีการวิเคราะห์สถานการณ์ล่วงหน้า เช่น หากเจอพายุทะเลทราย จะเกิดอะไรขึ้น พร้อมคำแนะนำที่ดี โดยเก็บข้อมูลให้มากที่สุดทั้ง กว้าง ยาว สูง วัสดุที่ใช้น้ำหนักท่าใด ทำจากโลหะอะไร มีความร้อนจำเพาะเท่าใด ความหนืดน้ำมันหล่อลื่นเป็นอย่างไร ปริมาณพลังงาน และหากโลหะเกิดการสึกหรอหรือชำรุดตรงชิ้นส่วนใด แล้วจะเกิดอะไรขึ้น?

ขอบคุณภาพจาก https://th.mouser.com/applications/digital-twins-offer-insight/

Digital Twin ถูกใช้ตั้งแต่เริ่มต้นออกแบบเครื่องจักร สร้างต้นแบบดิจิทัลขึ้น และติดตั้งเซนเซอร์ IoT รายงานข้อมูลของชิ้นส่วนต่าง เพื่อนำมาสร้างฝาแฝดดิจิทัลแบบ Real time ติดตามการทำงาน และเกิดแนวคิดการประยุกต์ใช้ในทุกอุตสาหกรรมรวมทั้งด้านการแพทย์

ขอบคุณภาพจาก http://www.arreverie.com/blogs...

Digital Twin ในภาคอุตสาหกรรม กล่าวได้ว่าเป็นการรวมตัวของ IoT  หรือที่เรียกว่า IIoT (Industrial Internet of Things) ซึ่ง IIoT กับงานวิศวกรรมข้อมูล  (information engineering) เข้าด้วยกัน

Digital Twins in Health care

กล่าวได้ว่าเป็นการต่อยอดการนำเทคโนโลยีต่างๆ ด้าน Electronic health records (EHR) ที่ตรวจวัดทุกชิ้นส่วนของมนุษย์มาเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตและวิเคราะห์ ความฝันด้านสุขภาพของมนุษย์ก็จะเป็นจริง 

พวกเราต้องการทราบข้อมูลทางกายภาพทั้งหมดของเราที่ถูกรายงานแบบ Real time และนำมาสร้างฝาแฝดดิจิทัลให้เห็นการทำงานของอวัยวะ 32 ประการ กระดูกมากกว่า 200 ชิ้น และกล้ามเนื้อมากกว่า 600 มัด (Big data มากๆ)

หากเรากำลังจะไปตีกลอฟที่บางนา เราจะ Down Load สภาพแวดล้อม Digital twin ของสนามกลอฟ อุณหภูมิ ความชื้น แรงลม ความสูงจากระดับน้ำทะเล แล้วใส่ข้อมูลสภาพร่างกาย Digital twin ของเราเข้าไป  มันจะวิเคราะห์แล้วบอกเราได้ว่า สภาพร่างกายของเราในปัจุบันตอนนี้ ถ้าไปตีกลอฟที่นั่น "30 นาที เราจะเป็นลม" เพราะตอนนี้ร่างกายขาดน้ำ และจะเสนอคำแนะนำว่า "ควรดื่มเกลือแร่ก่อนไป 500 cc"

ขอบคุณภาพจาก http://cognitiveworld.com/inde...

 

การพัฒนาเซนเซอร์อุปกรณ์สวมใส่ไร้สายที่ติดบนร่างกาย (Wearable wireless sensor) เพื่อเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต มีพัฒนาการมากมายหลากหลาย ตั้งแต่ในรูป Tag ติดกาวแปะบนผิวหนังใช้วัด อัตราการเต้นของหัวใจ ความดันเดือด และปริมาณออกซิเจนในกระแสเลือด ดังภาพของบริษัท GE ไปจนในรูปแบบ Body suit และ Smart T-shirt

ขอบคุณภาพจาก https://www.ge.com/reports/swe...

 

กุญแจสำคัญคือ wireless biometric sensors 

เสื้อผ้าปกติหรือเสื้อยืดชั้นใน (Smart fabrics and garments) ที่มีเซนเซอร์ชีวภาพสำหรับตรวจจับการทำงานของร่างกายเรา เซนเซอร์ต่างๆ ไม่ต้องใช้แบตเตอรี่ มันได้พลังงานจากการเคลื่อนไหวร่างกาย (Harvest energy from human movement) เซนเซอร์จากผิวหนังอาจจะตรวจวัดข้อมูลภายนอกร่างกาย เช่น อัตราการเต้นของหัวใจ ความดันเลือด ความแข็งแรงกล้ามเนื้อ แต่ข้อมูลภายในร่างการที่ต้องใช้ การเอ็กเรย์หรือการเจาะเลือด เช่น เพื่อทราบค่ามวลกระดูกหรือการทำงานของตับหรือระดับเม็ดเลือดขาวนั้น อนาคตอาจจะไม่ต้องวัดจากภายในร่างกายเท่านั้น อาจจะมีงานวิจัยใหม่ๆ ออกมา เช่น การวัดปริมาณออกซิเจนในกระแสเลือด ก็สามารถวัดจากภายนอกร่างกายได้ด้วยการใช้แสง ที่เราเห็นเครื่องหนีบปลายนิ้วเวลาไปหาหมอเรียกว่า  pulse oximetry  เป็นเครื่องตรวจวัดร้อยละของฮีโมโกลบินที่จับอยู่กับออกซิเจนในกระแสเลือด อาศัยหลักการของ light absorption คือ สารต่างชนิดกันจะมีคุณสมบัติในการดูดซับพลังงานแสงที่ความยาวคลื่นแตกต่างกัน นำไปคำนวณปริมาณแสงที่หายไป ก็จะรู้ได้ว่ามีปริมาณออกซิเจนในกระแสเลือดอยู่เท่าใดนั่นเอง อย่างไรก็แล้วแต่การเจาะเลือดเทคยิคใหม่ๆ ก็มีมากมายเพื่อน้ำมาวิเคราะห์ข้อมูลหากยังจำเป็นสำหรับคนป่วย

ขอบคุณภาพจาก http://ballnroll.com/2015/09/the-best-smart-shirts-for-serious-athletes/

 

นายแพทย์ Hayman Buwan แพทย์ผู้เชี่ยวชาญด้าน Digital health กล่าวถึงแนวคิด Digital twin ของ บริษัท Philips ว่าเป็นผู้นำที่สุดแนวคิดและนวัตกรรมที่ล้ำยุดในการรักษาผู้ป่วยแบบเฉพาะบุคคลในอนาคต (personalize future treatments) ส่วนทาง บริษัท GE ที่ประสบความสำเร็จจาก Digital twin ในอุตสาหกรรมการบินก็เริมเผยแพร่นวัตกรรมของตนด้าน Digital twin in Health care ในสื่อต่างๆ เช่นกัน

ขอบคุณภาพจาก https://twitter.com/realhayman...

ผมมโนไปเองว่า....

มันสร้างฝาแฝดดิจิทัลของเราขึ้นมาในรูปแบบ 3D/VR/MR และรายงานข้อมูลดิจิทัลของร่างกายตลอดเวลาผ่านอินเทอร์เน็ต มันวิเคราะห์ข้อมูล (Data Analytic) มันเรียนรู้ร่างกายเรา รู้จักตัวเรามากกว่าเรา มันรู้ว่าร่างกายเราอ่อนแอหรือแข็งแรงแค่ไหน ให้คำแนะนำได้ว่า ควรจะปรับปรุงตัวอย่างไร วันนี้ยังขาดสารอาหารอะไร ควรกินอาหารอะไรเพิ่ม เมื่อคืนนอนยังไม่อิ่มควรนอนเพิ่มอีกกี่ชั่วโมง ตลอดจนแจ้งเตือนว่าถึงเวลาต้องไปหาหมอแล้ว

อีกทั้งสามารถจำลองสถานการณ์และสภาพแวดล้อมหรือกิจกรรมที่เราอยากทำ โดยนำฝาแฝดดิจิทัลของเราเข้าไปอยู่ในสภาพแวดล้อมนั้น แล้วดูว่าสภาพร่างกายตอนนี้หากไปอยู่ในนั้นจะเป็นอย่างไรหรือควรฟิตร่างกายแค่ไหนก่อน เช่น หากไปเที่ยวยอดเขา Everest ในสภาพร่างกายตอนนี้ จะหายใจลำบากแค่ไหน ความหนาแน่นอากาศส่งผลต่อระบบทางเดินหายใจของเราและอัตราการเต้นของหัวใจอย่างไร สรุปได้ว่าจะมีชีวิตอยู่ได้นานแค่ไหนถ้าไปที่นั่น แต่ถ้าอยากไปจริงๆ ต้องพัฒนาร่างกายในมิติใดบ้างเมื่อพร้อมแล้วค่อยไป

การใช้ชีวิตประจำวันของเรา กินอะไร นอนกี่ชั่วโมง ใช้พลังงานเท่าใด ค่าตับอักเสบ ภูมิต้านทาน น้ำตาลในเลือด ฯลฯ Data analytic อาจจะวิเคราะห์ได้ว่า การใช้ชีวิตแบบนั้นเราจะมีอายุยืนกี่ปี ถ้าปรับเปลี่ยนอาหารและการพักผ่อน อายุจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงกี่ปี

วิศวกรรมข้อมูล (Information Engineering) จะมีบทบาทสำคัญตั้งแต่การพัฒนาฮาร์ดแวร์เซนเซอร์ การสื่อสารข้อมูลขนาดใหญ่ การเก็บข้อมูลขนาดใหญ่ การวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่ และการนำไปใช้ทำอะไร บุคลากรด้าน Big data ทั้ง Data scientist, Data engineer, Data analyst  อาจจะต้องมี Big data doctor เป็นอาชีพใหม่

Digital Twin in Health care นอกจากใครก็อยากมีใช้แล้ว ยังต้องนำไปใช้ในอาชีพที่ต้องใช้ความแข็งแรงของสุภาพ เช่น นักบิน มนุษย์อวกาศ ตลอดจนคนขับรถทัวร์ เพื่อให้มีการเฝ้าระวังการเหนื่อย เพลีย ง่วง ที่สำคัญนอกจากจะจำเป็นสำหรับคนป่วยที่ต้องเฝ้าระวังตลอดเวลาแล้ว หมอจะสร้างฝาแฝดดิจิทัลเราขึ้นมา แล้วใส่หน้ากาก VR เข้าไปชมร่างกายของเราพร้อมกับอธิบาย

การสร้างภาพร่างกายฝาแฝดดิจิทัลของเราขึ้นมาจะมีประโยชน์สูงสุดเมื่อแพทย์ซักซ้อมการผ่าตัดด้วยเทคโนโลยี Virtual reality/Augmented reality/Mixed realty หรือประชุมแพทย์ทางไกลหารือเพื่อหาหนทางรักษาเรา 

ในการกู้ภัยถ้ำหลวง ขุนน้ำนางนอน ถ้า Digital Twin in Health care มีใช้งานในวันนี้ แล้วมี Digital Twin สร้างฝาแฝดดิจิทัล จ่าเอก สมาน ตรวจสอบร่างกายปัจจุบันขึ้นมา แม้ จ่าเอก สมาน จะเป็นหน่วยซีลมาก่อน และออกกำลังกายสม่ำเสมอ  แต่ Digital twin พบว่าพักผ่อนน้อยร่างกายอ่อนเพลีย และเมื่อดาวน์โหลดสถานการณ์ Digital twin การดำน้ำในถ้ำที่มีองค์ประกอบ อุณหภูมิ ความดัน พลังงานที่ต้องใช้ เวลาเดินทาง แล้ววิเคราะห์ออกมาพบว่าร่างกายยังไม่ควรปฏิบัิตภารกิจนี้ Digital Twin in Health care อาจจะลดการสูญเสียก็เป็นไปได้ และหากนำไปใช้รายงานสภาพร่างกายทีมหมูป่าขณะเดินทางออกจากถ้ำแบบ Real time ด้วยคงดี 

video ของบริษัท GE Digital

อ้างอิง

Ahmed El Adl, Ph.D. (2018). The Emergence of Cognitive Digital Physical Twins (CDPT) as the 21st Century Icons and Beacons. Available on site:  http://cognitiveworld.com/index.php/article/emergence-cognitive-digital-physical-twins-cdpt-21st-century-icons-and-beacons

Gartner (2018). Top 10 Strategic Technology Trends for 2018: Digital Twins. Access on 8 March 2018. Available on site: https://www.gartner.com/doc/3867164/top--strategic-technology-trends

General Electric (2016). Digital Twin Analytic Engine for the Digital Power Plant. Available on site: https://www.ge.com/digital/sites/default/files/Digital-Twin-for-the-digital-power-plant-.pdf

General Electric (2016). The Rise of Digital Twins.Available on site: https://www.ge.com/digital/blog/rise-digital-twins

Oracle white paper (2017). Digital Twins for IoT Applications, A Comprehensive Approach to       

Implementing IoT Digital Twins. January 2017.