La utilización de gemelos digitales (reproducciones exactas de objetos o entornos), inaugurada por la industria aeroespacial, es algo habitual en la ingeniería y la fabricación. Aunque el concepto no es nuevo, sus aplicaciones al mundo natural sí lo son. A pesar de ello, prometen revolucionar nuestro conocimiento de los océanos, los mares y las aguas, y convertirse en un punto de inflexión en nuestra capacidad de protegerlos y recuperarlos.
“Los científicos marinos intentamos entender los sistemas y sus dinámicas. Esto nos permite desarrollar modelos y hacer pronósticos sobre el océano similares a los pronósticos del tiempo en la atmósfera. Ahora tenemos la capacidad de mirar al futuro lejano, pero nunca pensé que avanzaríamos hacia una ingeniería de los océanos como la que estamos viendo actualmente”, afirma Martin Visbeck, director de la unidad de investigación de Oceanografía Física del Centro Helmholtz de Investigación Oceanográfica de Kiel (GEOMAR) y profesor de la universidad de esa ciudad alemana.
“Me gusta el término gemelación porque refleja la evolución. Es una muestra de lo mucho que ha evolucionado la comunidad dedicada a las ciencias del mar. Estamos pasando de entender a planificar con el fin de lograr efectos positivos en los océanos favoreciendo las soluciones inspiradas en la naturaleza, perfeccionando la economía azul a fin de reducir su impacto ambiental, y fijando el tamaño y la localización óptimos de las áreas marinas protegidas”.
Visbeck forma parte de un ambicioso equipo de científicos que colabora en el desarrollo de la misión de la Unión Europea Estrella de mar 2030: Recuperar nuestros océanos y nuestras aguas. En esta iniciativa, el Gemelo Digital del Océano, más conocido por sus siglas inglesas DTO, es un componente crucial para contribuir al cometido de recuperar los océanos, los mares y las aguas de aquí a 2030 y hacer realidad el Pacto Verde Europeo.
De los fragmentos a la imagen de conjunto
Hay muchos ejemplos de cómo los gemelos digitales están ayudando a los investigadores y al sector privado a simular los futuros efectos del cambio climático y, más en general, el efecto de la acción humana en el entorno. Un ejemplo es la acuicultura noruega, en la que los criadores de salmón de los fiordos luchan contra el piojo de mar. La simulación con gemelos digitales ayuda a los granjeros a encontrar las mejores soluciones para evitar la proliferación de estos minúsculos parásitos.
Otro ejemplo lo tenemos en Países Bajos, donde la tecnología de los gemelos digitales está ayudando a perfeccionar las intervenciones de protección contra la subida del nivel del mar. Este gemelo digital en concreto se ha diseñado para servir de base a las estrategias de defensa contra el avance de las aguas mediante la combinación óptima de ampliación de los diques, reforzamiento de los bancos de arena y fortalecimiento de los manglares y los arrecifes de coral.
De los repositorios de almacenamiento de datos al gemelo digital
Se mida como se mida, el océano es inmenso. Aunque resulte difícil de imaginar, el 97% del agua de la Tierra se encuentra en los océanos. Esto significa que crear modelos que procuren una comprensión integral del ecosistema oceánico del planeta es complicado y necesita grandes repositorios de datos, sistemas avanzados basados en la nube, y una computación de alto rendimiento para procesar la información.
Igualmente importante es aprovechar los recursos existentes, como el Servicio de Monitorización del Medio Ambiente Marino de Copernicus, la Red Europea de Observación y Datos Marinos (respectivamente, CMEMS y EMODnet, por sus siglas en inglés), y las infraestructuras de investigación de la Comisión Europea, como el Observatorio Europeo Multidisciplinar del Fondo Marino y la Columna de Agua (EMSO por sus siglas en inglés), Euro-Argo, Danubius o Jerico, así como sus herramientas digitales, entre ellas la Empresa Común Europea de Computación de Alto Rendimiento.
Una copia del océano que funcionará en la nube
Los conocimientos que se adquieran a partir del gemelo serán fundamentales para ayudar a los científicos, los políticos y los ciudadanos en general a entender el papel que desempeñan la naturaleza y los seres humanos en la configuración del futuro del océano. Asimismo, ayudará a diseñar las mejores políticas y las formas de gestionar los recursos oceánicos e hídricos para lograr el objetivo de la Unión Europea de alcanzar la neutralidad en carbono de aquí al año 2050.
Se trata de un importante punto de inflexión para quienes se dedican a hacer pronósticos relacionados con el océano, como Nadia Pinardi, catedrática de Oceanografía de la Universidad de Bolonia que coordinó el seguimiento y la evaluación del Punto de Control del Mar Mediterráneo de la red EMODnet.
A los investigadores, el DTO les ayudará a predecir cómo afectarán los cambios en el clima y la actividad humana a ecosistemas marinos como las praderas marinas del Mediterráneo y las migraciones del atún. Al mismo tiempo, la tecnología podría permitir a empresarios como los acuicultores obtener el máximo de producción al predecir la salinidad, las corrientes y los episodios de calor extremos, con pronósticos diarios del oxígeno, los nutrientes, los nitratos o las floraciones de algas nocivas. Asimismo, facilitará que las autoridades locales ensayen qué infraestructuras verde y azul podrían ofrecer soluciones resistentes a la subida del nivel del mar en distintos escenarios.
Para los ciudadanos, los modelos abiertos y públicos de la tecnología de los gemelos digitales crearán un bucle de realimentación virtual en el que también podrán interactuar y aportar información instantánea sobre su entorno. A su vez, esta información resultará útil para perfeccionar los modelos de las campañas de observación biológica y ecológica (como en el caso de la basura marina), o avanzar la planificación en caso de alertas meteorológicas extremas, predicciones de multiplicación de medusas peligrosas o playas no seguras para el baño.
Una vez operativo, el DTO posibilitará que los científicos vayan más allá de las cifras y las hojas de cálculo, y cuenten la historia del océano. En opinión de Viseck, el gemelo digital se puede utilizar para comunicar los problemas y las soluciones, lo cual constituye un aspecto clave de la gobernanza del cambio climático.
Empieza una nueva aventura de creación de gemelos digitales
En febrero de 2022 se puso en marcha uno de los mayores proyectos de creación de gemelos digitales. El ILIAD, un emblemático proyecto internacional financiado en el marco de la Convocatoria del Pacto Verde Europeo, ha sentado las bases para el desarrollo del Gemelo Digital del Océano (DTO) de ILIAD. Se trata de un gemelo digital interoperable con multitud de datos, diseñado para aprovechar al máximo las grandes cantidades de nuevos datos aportadas por las fuentes terrestres y las modernas infraestructuras de computación, desde las redes sociales hasta el Internet de las Cosas.
Basándose en los recursos resultado de 20 años de inversión en políticas e infraestructuras para la economía azul, ILIAD aplicará un enfoque de “sistema de sistemas” para explorar el océano a través de una aplicación de geovisualización con realidad virtual. La aplicación combinará la modelización de alta resolución con la detección instantánea de los parámetros oceánicos y la utilización de algoritmos avanzados para predecir fenómenos espaciotemporales y reconocer pautas.
Para promover otras aplicaciones a través del DTO de ILIAD, los socios crearán el Mercado ILIAD, similar a una tienda de software, que los proveedores utilizarán para distribuir aplicaciones para teléfonos inteligentes, complementos, interfaces, datos en bruto, datos proporcionados por la ciencia ciudadana, información sintetizada y servicios de valor añadido derivados del DTO de ILIAD.
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