A digital twin based smart home : a Proof-of-concept study

Abstract

Digital Twins have gained much attention from academia and industry. They are virtual systems that can fully describe a physical one by constantly receiving data from its sensors. The digital twin also fetches data from other sources such as simulators to make analyses, predictions, and decisions sent back to its physical counterpart. Another trending topic is Domotics, or Smart Home Technologies, which brings intelligence and comfort to a house by automating some of its functions. Although the research on both themes is vast, there are few implementations of Smart Homes based on Digital Twin technologies, and this work aims to prove that residences can also benefit from this concept. We implement two different use cases showing that a two-way connection between a home and its virtual counterpart can provide its owners with analyses and simulation-based automation. The first study case allows the user to visualize their home appliances’ past and present state concerning their energy consumption. Based on heating simulations, the second determines the best time to turn on a heater in order to increase the thermal comfort of the home and reduce energy usage.

Os gêmeos digitais ganharam muita atenção do meio acadêmico e da indústria. São sis temas virtuais que podem descrever completamente um sistema físico através do recebi mento constante de dados de seus sensores. Os gêmeos digitais também buscam dados de outras fontes, como simuladores para fazer análises, previsões e decisões enviadas de volta para sua contraparte física. Outro tópico de tendências é a Domótica, ou automação residencial, que traz inteligência e conforto a uma casa, automatizando algumas de suas funções. Embora a pesquisa sobre ambos os temas seja vasta, há poucas implementações de casas inteligentes, ou Smart Homes, baseadas em tecnologias de Gêmeos Digitais, e este trabalho visa provar que as residências também podem se beneficiar deste conceito. Implementamos dois casos diferentes de uso mostrando que uma conexão bidirecional entre uma casa e sua contraparte virtual pode fornecer a seus proprietários análises e au tomação baseada em simulação. O primeiro caso de estudo permite ao usuário visualizar o estado passado e presente de seus eletrodomésticos no que diz respeito ao seu consumo de energia. Com base em simulações de aquecimento, o segundo determina o melhor momento para ligar um aquecedor a fim de aumentar o conforto térmico da casa e reduzir o consumo de energia.