Digikaksik – märkamatu vari

RAIVO RUUSALEPP

Noortefilmis „Elektrooniku seiklused“ (1979) tunneb peategelane, kuuenda klassi õpilane Sergei Sõroješkin enda sõnul „tõelist vabadust“, kui tema robotist teisik Elektroonik asendab teda koolis, trennis ja ühiskondlikult kasulikel töödel. Peagi aga muutub lugu filmis murelikuks, kui Sergei silmarõõm hakkab tema asemel eelistama elektroonilist teisikut ning selgub, et vargajõuk jahib Elektroonikut, et kasutada teda kunstiröövil. Samasugusesse varateismeikka on kohe jõudmas digikaksiku tehnoloogia, mis küll ei luba inimkonnale tõelist vabadust, kuid siiski vabanemist hulgast rutiinsetest tegevustest ja keerukate protsesside juhtimise hõlbustamist, mis kaugemas tulevikus võib välja viia ka küborg-teisikuteni.

Digikaksikud simuleerivad tarkvaraliselt seadmeid, esemeid, hooneid, keskkonda ja protsesse ning võimaldavad neid arendada, ennetada probleeme ja optimeerida. Visiooni digikaksikutest kirjeldas üsna täpselt 30 aastat tagasi David Gelernter oma raamatus „Peegelmaailmad“.[1]

Läks veel kaks aastakümmet, enne kui arvutitehnoloogia võimsus arenes piisavaks, et luua virtuaalkaksiku toimiv lahendus. Digikaksiku definitsiooni tööstusvaldkonnas pakkus levinud arvamuse järgi esimesena välja 2002. aastal Michigani Ülikooli professor Michael Grieves, kirjeldades toote elutsükli juhtimise protsessi.[2] Sestsaadik mõistetakse digikaksiku all toote või süsteemi digitaalset mudelit, mida saab kasutada toote täiustamise või süsteemi tõhustamise võimaluste uurimiseks. Esimesteks töötavateks digikaksikuteks peetakse NASA kosmosesüstiku ehituse käigus 2012. aastal valminud lahendust ja Ameerika Ühendriikide sõjaväe jaoks arendatud hävituslennukite mudeleid. Viimase kümne aastaga on digikaksikute rakendamine leidnud üha uusi kasutusalasid, kuid kõige kaugemale on see arenenud tööstuses ja tootmise optimeerimises.

Meie enda digikaksikud kasvavad globaalsete otsimootorite, suhtlusplatvormide ja tarkvaratootjate juures kasutajaprofiilidena, mida me igapäevase digitoimlemisega üha toidame. Meie liikumis- ja käitumismustreid, mida meil pidevalt kaasas olevad nutiseadmed vahendavad, kasutavad tarkvara loojad nutikamate äppide disainimiseks, mis oskavad üha täpsemalt aimata meie vajadusi või ootusi. Kui meie profiiliandmed kombineeritakse asjade interneti teenustega, võime peagi jõuda oodatud või kardetud tulevikku, kus saame heldinult õhata: „Ah, mu kohvimasin tunneb mind nii hästi!“ või muretseda: „Mida minu röster küll minust mõtleb?“

Deus ex machina

Digikaksiku sümbioos oma partneriga füüsilises maailmas – toote, teenuse või süsteemiga – on kahesuunaline. Käegakatsutav seade on varustatud anduritega, mis jagavad digitaalse mudeliga andmeid seadme toimimise kohta praktikas. Seadme toimimise digitaalne protsessimudel võtab andmed vastu, analüüsib ja modelleerib seadme käitumist ning jagab seda informatsiooni nii seadme enda kui ka seadme omanikuga. Säärane informatsiooniline digimudel pärismaailma asjast võimaldab analüüsida lahenduse toimivust ja pakkuda võimalusi selle tõhustamiseks, riskide maandamiseks või kestlikumaks käitamiseks.

Digikaksik on saanud populaarseks linnaplaneerimise vahendiks – jälgida ja sujuvamalt planeerida saab nii inimeste kui ühistranspordi liikumist või jäätmemahutite täitumist, õhu kvaliteeti, parklate täituvust jm. Eestis on Ehitisregistri ja Maa-ameti koostöös koostatud ruumiline digikaksik kogu Eesti ehitatud keskkonnast,[3] mis sisaldab ehitiste kolmemõõtmelisi siluette. Tallinna Tehnikaülikooli targa linna tippkeskus käsitleb projekti GreenTwins raames linnahaljastuse küsimust ja seda, kuidas planeerimisprotsessides paremini arvesse võtta linna looduskeskkonda. Kasutades linna digitaalset kaksikut, saab kasutada mudeleid, simulatsioone ja algoritme, mis kirjeldavad tegelikku linnakeskkonda, selle omadusi ja käitumist, ning kaasata linnaelanikke rohkem oma elukeskkonna planeerimisse.[4]

Kui Pariisi Jumalaema kiriku tulekahju 2019. aasta aprillis sai kustutatud ja algasid taastamistööd, pöördusid restauraatorid esimese asjana mitte arhiividesse, vaid hoone värskelt loodud digikaksiku poole, mis kolmemõõtmelise virtuaalse mudelina pakkus hoone seisukorrast rohkem detaile kui kunagi ehitamise aluseks olnud joonised. Enne põlengut tehtud 3D skaneeringu ja selle põhjal loodud BIM (building information model) mudeli täiendamiseks algatati digitaalse pildi- ja videomaterjali korjetalgud. Enne ja pärast viidi võrdluse loomiseks läbi uus 3D skaneerimine ja nüüd on digikaksik abiks põlengukahjude hindamisel ning põlengu käigus ladestunud materjalide tuvastamisel.[5]

Digikaksikute kiire võidukäigu aluseks on kaks viimase aastakümne tehnoloogilist edasiminekut: võrguühendusega seadmete lai levik ning masinõppe meetodite kiire areng. Nutikaid seadmeid, mis pidevalt andmeid koguvad, on ehitatud juba pikemat aega, kuid neile reaalajas ühenduse loomine masinõppe mudelitega on viinud autonoomsete lahenduste loomise uuele tasemele.

Lennukid ja autod koguvad jooksvalt infot oma detailide seisukorra kohta, aga talletavad selle oma sisemises mälus või isiklikus „digiloos“. Korralise kontrolli käigus ühendatakse sõiduvahend arvutiga, mis analüüsib kogutud andmeid ja soovitab hooldustöid, mis tuleb teostada kohe või lähema ajaperioodi jooksul. Isesõitev auto aga ei saa liiklusolukorras seisatuda, et oodata piisava andmehulga kogunemist langetamaks otsust, mida järgmisena teha, vaid vajab turvaliselt liiklemiseks pidevat andmevoogu kaasliiklejate, liiklusmärkide, teeolude ja veel paljude keskkonnaaspektide kohta. Üks elektriautode tootja on loonud igale oma toodetud autole digikaksiku; kui autol midagi juhtub, näiteks hakkab uks halvasti sulguma, siis saab digikaksik sellest kohe teada ja saadab peagi autole tarkvarauuenduse, mis korrigeerib ukse asendit.[6]

Põllule või istandusse paigutatud anduritega kogutud digipiltide ja -info analüüs võimaldab aegsasti avastada taimekahjurite rünnakuid ja haiguste levikut. Nutikell mõõdab inimese keha ja organismi näitajaid ning kombineerides neid tema liikumis- ja unemustritega annab tarkvara erinevaid soovitusi nii toitumise, liikuvuse kui ka elustiili tervislikumaks kohandamise tarvis. Tippsportlaste treeningandmeid ja kehanäitajaid kogutakse mitte üksnes nutikate kellade ja kehale kleebitud andurite, vaid ka nutijalanõude ja teiste spordivahendite kaudu, mis võimaldavad analüütiliste digikaksikute abil disainida paremaid pallimängusaale, staadione ja ujulaid ning individuaalset spordivarustust.

Tehisintellekt vajab õppimiseks ja toimimiseks andmeid, kuid on nüüdseks võimeline analüüsima korraga väga suuri andmehulki ning paralleelselt arvutama ja juhtima tööprotsesse. Inimesele juba üle jõu käiva ülevaate saamiseks keerukast protsesside rägastikust kas terve linna liikluses, sadamas või suures lennujaamas võetakse appi masinõppe suutlikkusega digikaksik, mis sõelub pideva sisendandmevoo põhjal välja kõige kriitilisemad ohukohad või otsused.

Ecce homo

Andmete analüüsi ja otsustusmudeleid valdava digikaksiku saab ühendada modelleeritava seadmega, näiteks tootmiskonveieri või tööstusrobotiga, ja anda talle kontrolli seadme juhtimise üle läbi tagasisuunalise infovoo. Logistikakeskustes korraldavad pakkide sorteerimist ja tervete riiulite liikumist robotid, mida inimesed enam vahetult juhtima ei pea.[7] Inimese väljalülitamine otsustusprotsessist on käinud sammhaaval – esmalt oli eesmärgiks tuua inimene tootmisprotsessis ära paikadest, kus töötamine on seotud ohtude või tervisekahjudega, nagu naftaplatvorm, keemiavabrik või madalat temperatuuri nõudev tootmisliin. Inimene võib karmides tingimustes töötamise asemel juhtida tootmisroboteid hoopis soojast kontorist, cappuccino-tass klaviatuuri kõrval. Inimese ja roboti koostöö (kobootika) on viinud mitmete lahendusteni, kus robotid võimendavad tavalise inimese võimeid ja suutlikkust kas tõsta ja paigaldada suuri ja raskeid ehitusdetaile või hoopis teha parandusi mikroskoopilisel tasandil.

Siit aga on vaid samm edasi nn inimesevaba tootmiseni (autonomous operation), kus inimene on otsustusprotsessist välja võetud ja digikaksik saab seadmete juhtimisega ise hakkama. Vastavaid uuringuid ja eksperimente on edukalt läbi viidud ka Tallinna Tehnikaülikoolis.[8]

Arvutitehnoloogia areng asjade interneti, tehisintellekti ja äärearvutuse (edge computing) valdkondades muudavad digikaksikute toimimise veelgi tõhusamaks ja võimaldavad sellel kolida pilveplatvormidelt otse seadmetesse. Kui laialt levinud seadmete kasutusjuhtumid on digikaksikul selgeks õpitud, siis ei pea edaspidi võrgustunud seadmeid kaugjuhtima nupu, äpi või pilvest digikaksiku abil, vaid need saavad võime ise ennast juhtida – kohvimasin õpib selgeks pereliikmete kohvieelistused või röster kellaajad, mil seda tavaliselt käivitatakse. Enne seda jõutakse ilmselt seadmeteni, mis suudavad end ise parandada või hooldada ning korrigeerivad oma kasutusrežiimi vastavalt oma tehnilisele seisukorrale ja välistele tingimustele.

Nolens volens

Koos asjade internetiga hiilib meie ellu märkamatu varjuna ka digikaksik ja muutub meie igapäevaseks töövahendiks. Kui praeguse põlvkonna digikaksik on seadme, rajatise või süsteemi tootja ja haldaja valduses, siis peagi on see tänu tehnoloogia arenemisele kättesaadav ka igale seadme soetajale, rajatise kasutajale või süsteemis osalejale.

Sarnaselt inimestega hakkavad ka digikaksikud omavahel suhtlema. Tootmisliini robotid, laopõranda pakirobotid või kiirteed jagavad isesõitvad autod teevad seda juba praegu – kui kõik liikumises osalejad teavad lisaks teiste liiklejate suunale ja kiirusele ka nende sihtpunkte, on ühise liikumispinna ja kiiruse seadistamine märksa tõhusam. Linna transpordivõrgustiku reaalaja info sidumine ilmaolude, teeparanduste, liiklustiheduse, prügiautode liikumise, parklate täitumise jmt andmetega toob kokku eri tüüpi andmeid analüüsivad digikaksikud ja seab neile ühise eesmärgi või arvutab välja lahenduse.

Digikaksikute kombineerimine virtuaalreaalsuse (VR) tehnoloogiaga muudab need kergesti kättesaadavaks ka tavatarbijale. Tehnikutel ja seadmete hooldajatel tekib virtuaalreaalsuses võimalus piltlikult aega „tagasi kerides“ vaadata digikaksiku abil seadme ajalugu, et avastada rikke tekkimise hetk või põhjus. Kui aga rongiuks või mootorikolb ei hooli sellest, et andurid tema kohta infot jagavad, siis inimesed, kelle andmed paratamatult digikaksikute osaks saavad, hakkavad põhjendatult muretsema oma andmete kaitstuse ja privaatsuse pärast. Digitaalsete teisikute jaoks pidevalt kogutavate andmete hulk ja seejuures eraelu puutumatuse tagamine ongi ilmselt järgmine komistuskivi digikaksikute võidukäigu teel. Praegu on arendamisel plokiahela põhiseid lahendusi ja platvorme, mis peaksid aitama seda tõket ületada, tagades andmete kasutamise läbipaistvuse. Need on suunatud eelkõige andmeprivaatsuse tõsiste küsimuste lahendamiseks inimese digiteisiku rakendamisel meditsiinis, kus luuakse üksikute organite või terve keha 3D mudeleid, et analüüsida tõsiste terviserikete tõenäosust.[9]

Üks digikaksikuga kaasnevaid suure-maid eetilisi küsimusi on samuti seotud andmetega – kellele kuuluvad kaksikusse kogutavad andmed? Kui tootmisliini üks robot läheb katki ja asendatakse uuega, siis on loogiline siduda uus robot oma eelkäija digikaksikuga, et ta omandaks seeläbi korraga kogu tööks vajaliku teadmistepagasi. Kas aga vastus oleks sama, kui tegemist on pensioneeruva inimesega – kas tööandja võib tema digikaksiku andmeid jagada lahkuva töötaja asemele tuleva töötajaga, et kiirendada tema sisseelamist ametikohal? Kas töötaja digikaksiku andmed kuuluvad temale või tema tööandjale? Kui tööandja otsustab inimese asendada robotiga, siis kas on lubatud töötaja digikaksiku kogemuste andmebaasi jagada teda asendava roboti digikaksikuga?

Digikaksik on tulnud selleks, et jääda. Praegu veel peamiselt tööstusrakendustest jõuab see 5G ühendusega seadmete kaudu peagi meie igapäevaellu. Kombineerituna VR lahendustega saab digikaksik harjumuspäraseks viisiks seadistada kodumasinaid, nutikodu või iseenda trenni- ja päevaplaane ning võib meid esindada avatarina eri töö- või mängukeskkondades. Digikaksik on vari, mis kõnnib meie ees, mitte meie taga.

[1] D. H. Gelernter, Mirror Worlds: or the Day Software Puts the Universe in a Shoebox–How It Will Happen and What It Will Mean. Oxford, 1991.

[2] Vt M. Grieves, Virtually Intelligent Product Systems: Digital and Physical Twins. Rmt-s: Complex Systems Engineering: Theory and Practice. Toim. S. Flumerfelt jt. Reston, 2019, lk 175–200.

[3] Vt: https://livekluster.ehr.ee/ui/ehr/v1/3d.

[4] GreenTwins: ehitatud keskkonna, rohelise infrastruktuuri ja inimeste ühendamine digitaalsete kaksikute abil. Taltech.ee, 18.05.21. https://taltech.ee/uudised/greentwins-ehitatud-keskkonna-rohelise-infrastruktuuri-ja-inimeste-uhendamine-digitaalsete.

[5] Notre-Dame: Building a Digital Twin, 14.04.2020. https://www.youtube.com/watch?v=p-2J0H5i6-4.

[6] https://medium.com/@thinkwik/digital-twin-a-technology-that-changed-the-world-5ff5fa685b25.

[7] Amazon’s Kiva Robots Vs Alibaba’s Quicktron Robots – Battle of Warehouse, 04.02.2018. https://www.youtube.com/watch?v=HYjc9h8oSsY; Alibaba’s Warehouse Is Run Almost Entirely by Robots, 06.11.2018. https://www.youtube.com/watch?v=ShMJoRYDgPM.

[8] Tehnikaülikooli doktoritöös välja arendatud digikaksik on robotijuhtimise uus tase. Taltech.ee, 12.11.19. https://taltech.ee/uudised/tehnikaulikooli-doktoritoos-valja-arendatud-digikaksik-robotijuhtimise-uus-tase.

[9] M. Singh jt, Digital Twin: Origin to Future. Applied System Innovation, 2021, kd 36, nr 4.

Leia veel huvitavat lugemist

Täheke
Õpetajate leht
Muusika
Kunstel
Akadeemia
Keel ja kirjandus
LR
Looming
Hea laps
Värske Rõhk
Sirp
Müürileht
TeMuKi