数字孪生是现实世界物体的虚拟模型，也是迈向元宇宙的垫脚石。
人们利用它们对物体或环境进行试验，了解如何让其运行得更好，再将改进应用于现实世界。
预计本十年内，数字孪生在制造、汽车和航空等主要行业的市场规模将增长十倍。
数字孪生也正影响城市规划，帮助世界各大城市迈向可持续、低碳生活。
1949年，曾做过鳄鱼猎人的经济学家比尔·菲利普斯建造了一台机器，用来模拟英国经济的运行机制。他那台两米高的装置利用管道、阀门、水箱、水泵和水来模拟一系列经济变量。通过开关阀门改变水流，可以展示例如利率上升可能如何影响储蓄和投资。菲利普斯的机器很快不仅被大学采用，也被全球大型企业广泛采用。
可以说，“莫尼亚克”是现代数字孪生技术在模拟计算领域的先驱。
什么是数字孪生？
数字孪生是数学模型，可用于重建实体物体或系统。它可以是工厂、发电厂，甚至是滑雪度假村，这里只列举了几种可能性。
安装在现实物体上及其周围的各种传感器会记录其性能不同方面的数据，包括能量输出、温度、天气状况等任何相关且可记录的信息。
借助人工智能（AI）和机器学习，数字孪生可以分析性能问题或运行虚拟“假设情景”模拟，类似于菲利普斯的莫尼亚克。随后，这些数据和发现可以应用于现实物体。
与传统模拟相比，最大的不同在于数字孪生使用实时数据进行建模。这让人们能够对大型物体或项目开展试验；由于规模庞大，这些对象通常不适合在现实中进行试验，例如建筑物、喷气发动机或制造厂区。
到2020年代中期，全球制造业数字孪生市场预计仅这一领域的规模就将超过60亿美元。根据Statista的数据，这比2020年增长了十倍以上。
汽车和航空领域在采用这些虚拟复制体方面也紧随其后。能源、医疗保健、物流和零售行业预计也将以类似规模扩大数字孪生的应用。
向善的技术
数字孪生技术已在帮助提高工厂的效率和生产力，也应用于风力涡轮机及其他发电设备。汽车制造商正借助这项技术改进车辆设计，并简化工厂运营。
数字建模还加快了新冠疫情期间美国疫苗工厂的设计与建设。这项技术用于采集和分析现有工厂的布局信息，所得洞见帮助改进了新设施的设计和工作流程。
在农业领域，人们越来越多地使用人工智能提高作物产量，尤其是玉米、大豆和小麦等主粮作物。农场管理公司CropX运用数字孪生技术，将这项工作又向前推进了一步。
其系统利用传感器监测土壤和作物状况以及天气情况。这些数据会输入供种植者使用的数字分析和规划工具，帮助他们做出更明智的决策，以最大限度提高产量。
联合国警告称，干旱正日益威胁粮食作物，其他自然事件也构成威胁。随着世界人口增长，此类解决方案可能对保障粮食安全至关重要。
智慧城市
数字孪生甚至可以扩展到涵盖整座城市。
据彭博社报道，美国佛罗里达州奥兰多市已通过数字技术构建了三维复制模型。这一虚拟模型将用于模拟不同城市规划项目对环境和居民的影响。美国其他城市已经利用这项技术管理交通并减少排放。
新加坡是数字孪生技术最先进的应用者之一。其三维虚拟模型由数百万张街景和航拍图像构成。连同相应的数据点，模型包含超过100太字节的数据，内容涵盖树木覆盖情况和城市基础设施，也包括单体建筑，细至屋顶、立面和窗户。这意味着可以极其精确地对新开发项目或规划进行建模。
据彭博社报道，数字孪生技术预计将在新加坡实现可持续发展、应对气温上升的努力中发挥关键作用。
在美国科罗拉多州，消防部门正与图形技术公司英伟达合作，使用其三维数字孪生来可视化并研究森林火灾的蔓延，以改进预防工作并更有效地控制火势。
人体数字孪生
随着三维模型日益普及，数字孪生技术正快速迈向元宇宙。元宇宙有望创造一个虚拟世界，让人们能够工作、社交和购物。
任何数字世界都需要数字人。正如工厂或发电厂可以拥有虚拟孪生体，人类也可以拥有——而且远不只是一个虚拟化身。
医疗患者的数字孪生可以帮助患者追踪各种健康指标。人体数字孪生还可以帮助模拟城市交通或社会服务新策略的影响，以确定最有效的方案。
然而，从数字孪生迈向元宇宙的过程中，一个重大疑问是相关的环境影响。这是因为高端数据存储和处理会消耗大量能源。比特币市场增长带来的能源需求上升就是一个例子。元宇宙将需要多少能源，以及这会如何影响环境，只有随着其发展才能明了。
世界经济论坛将在2022年达沃斯年会的科技与创新主题环节中讨论数字孪生与元宇宙。
