IoT-ATL: Prototype of a Digital Twin to Simulate Educational Scenarios in the Art and Technology Laboratories at the Departmental Institute of Fine Arts in Cali, Colombia

IoT-ATL: Prototipo de Gemelo Digital para Simular Escenarios Educativos en los Laboratorios de Arte y Tecnología del Instituto Departamental de Bellas Artes de Cali, Colombia

Los gemelos digitales (DT) tienen el potencial de revolucionar la fabricación, la construcción, el mantenimiento y el control de los procesos industriales gracias a su capacidad para tender puentes entre los reinos físico y digital. Sin embargo, para crear conceptos digitales complejos es necesario aplicar cuidadosamente metodologías y procesos adecuados. Este estudio presenta un prototipo de gemelo digital de los laboratorios de arte y tecnología del Instituto Departamental de Bellas Artes de Cali (Colombia). Empleamos la metodología de desarrollo ágil Scrum para agilizar el proceso de diseño y desarrollo del prototipo IoT-ATL. Se establece una arquitectura IoT de tres capas que facilita el mapeo de los componentes del gemelo digital y los elementos físicos a simular. El prototipo IoT-ATL permite a alumnos y profesores interactuar y conocer el estado físico del laboratorio en un entorno digital, aumentando así la visibilidad de la disponibilidad y uso de los elementos tecnológicos en el espacio.

I. INTRODUCCIÓN

El concepto Digital Twin (DT) se ha desarrollado para impulsar procesos transformadores en diversas industrias. Implica crear una representación virtual de un sistema construido a partir de una combinación de modelos de datos y tecnologías de sensores, que permiten la recopilación y el procesamiento de grandes cantidades de datos. El Digital Twin mejora significativamente la capacidad predictiva en comparación con las tecnologías existentes [ 1 ]. Esto da como resultado una mejor toma de decisiones a través del acceso remoto y la creación de entornos de trabajo/operativos más seguros y familiares que conducen a una mayor producción, reducción de costos y ahorro de tiempo en operaciones y mantenimiento [2 ] . Además, promueve una comprensión más profunda de los sistemas y sus operaciones, facilita el intercambio de conocimientos entre diferentes contextos y mejora la experiencia de aprendizaje, aumentando así la motivación y otros resultados positivos.

El concepto de gemelo digital fue introducido por primera vez por Michael Grieves en 2002 y formalizado en 2011 [ 3 ]. Saddik [ 4 ] definió el Gemelo Digital como una copia virtual de un organismo o entidad física que permite la interoperabilidad de la información entre las entidades físicas y virtuales. Según Fu et al. [ 5 ], el Gemelo Digital puede ser una simulación del ciclo de vida completo del hardware, entidades o instancias correspondientes, para monitoreo, evaluación, predicción, optimización, control, interacción, percepción y otras aplicaciones.