力抗新冠疫情!「數位分身」的虛實融合技術,讓醫療應用的未來又進一步

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圖片來源:Franck V. on Unsplash

新冠病毒肆虐,全球許多機構開始思考以「數位分身」對抗疫情的解方。而在IoT逐漸成熟的未來,「數位分身」帶來虛擬與實體板塊的移動,也將為各產業領域帶來衝擊。

四月初,數位分身(Digital Twin)技術在疫情嚴重的倫敦派上了用場。英國的IoT系統商Iotics採用數位分身技術,結合來自各地醫院設備的IoT數據,建模出倫敦市內即時的緊急病床、維生系統等關鍵醫療資源的即時使用情況,以提供英國國民保健署(NHS)決策參照利用。

而雲端平台業者OnScale,則啟動了針對新冠肺炎的計畫 Project BreathEasy,利用肺炎患者的多組核磁共振(CT)照片,重建出病人肺部的「數位分身」。藉由患者的肺部3D建模,醫生能用AI結合大量歷史數據,模擬肺部的氣流、血流等參數,預測此患者何時可能最需要呼吸器,並決定有限的呼吸器設備,應該先提供予哪一群患者。

新冠肺炎的計畫 Project BreathEasy,重建出肺炎患者肺部的「數位分身」
圖片來源:Ian Campbell

上述兩組「數位分身」的案例,讓原本在智慧製造領域備受重視的技術,再次拉回主流科技的視野之中。

「數位分身」指的是利用裝設在實體物件(如建築鋼筋、醫療器材、機械引擎)中的許多物聯網IoT感測器,來進行此物件在數位空間的「建模」,並根據即時的數據資料,掌握偵測物件的使用位置、運作情況、零件老舊情形等,並希望藉此達到提早排除問題、降低營運成本等效益。

IoT與數位分身的差別在於,IoT所蒐集的數據讓設備可以被管理,「數位分身」則是一群技術的集合,強調讓IoT模組與實體之間的訊息對應(如位置、物理關係、故障時出現的異常訊號順序),甚至在數位平台上重現,以加強人類對真實物件(或場景)的整體了解。

近年來,物聯網技術成熟以及IoT佈署成本降低,讓數位分身的應用開始緩慢起飛。通用電氣子公司通用數位(GE Digital)的全球副總裁Chad Stoecker表示,GE在2019年協助8,000組客戶資產(設備)引入了數位分身系統,並替客戶節省了1.87億美金的營運成本,這些設備包括飛機引擎,電廠渦輪,以及一般製造業流水線的包裝機等。

但Chad也提出一項觀念,對製造業者來說,並非「所有設備」都該導入數位分身,因為一個廠區有非常多的子系統,更多非關鍵的設備,其實是照原樣使用「直到出錯」再修改,而非直接引進數位分身預測性地處理問題,這樣的做法有時才更有經濟效益。

另外,經濟學人的一篇文章,也提到數位分身在健康領域的應用。藉由載入IoT裝置,創造病人心臟的數位分身,醫生可以即時根據心臟的各種物理、電位與血流狀況,決定藥物與處方,並先得到這個「數位心臟」的數據回饋,AI和大數據(如不同心臟的歷史數據)則會強化建模的可靠度。

而荷蘭最大的港口鹿特丹港,則利用IBM Watson物聯網技術打造了一個數位分身的「虛擬港」,在碼頭設施、港口水域大幅度佈署感測器、感測浮標、IoT智慧貨櫃、「數位海豚」等,持續偵測潮差、濕度、海流和運輸狀況等。管理室對於港口狀況的全控,使惡劣海象下的船對船(Ship to Ship)貨物轉運成為可能,大幅降低了營運成本。

鹿特丹港創造了數位分身的「虛擬港」,達成對港口狀況的全控 圖片來源:Port Of Rotterdam

關於數位分身的未來,ResearchAndMarkets的預測顯示,在2025年89%的IoT設備都將含括某種數位分身的形式,而數位分身更將在2027年,成為IoT應用的標準功能與規格。

事實上,數位分身作為工業4.0虛實融合系統(Cyber Physical System, CPS)的一環,也就是在物理空間內的所有實體(如設備)狀態,都能在虛擬空間(如數位控制台)得到即時的一對一對照,而在虛擬空間中的操作,也能夠及時反饋到物理空間中,進而讓生產效率達到即時的最佳化。

由於數位分身技術是跨領域的工程學門,新的跨域職能需求也應運而身。根據Challenge Advisory,除了軟硬整合的IoT開發者,也會需要資料工程師、AI工程師、產品領域專家等職能共同投入。在虛實界線持續模糊、朝彼此擴張的未來,數位分身將持續扮演一席之地。