[論文レビュー] Towards the Human Digital Twin: Definition and Design -- A survey

Martin Wolfgang Lauer-Schmaltz, Philip Cash+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 3, 2024

Digital Transformation in Industry被引用数 9

ひとこと要約

この調査は Human Digital Twins (HDTs) を定義し、4つのタイプに分類し、今後の HDT 開発を導くクロスドメインの設計課題と考慮事項を特定します。

ABSTRACT

Human Digital Twins (HDTs) are a fast-emerging technology with significant potential in fields ranging from healthcare to sports. HDTs extend the traditional understanding of Digital Twins by representing humans as the underlying physical entity. This has introduced several significant challenges, including ambiguity in the definition of HDTs and a lack of guidance for their design. This survey brings together the recent advances in the field of HDTs to guide future developers by proposing a first cross-domain definition of HDTs based on their characteristics, as well as eleven key design considerations that emerge from the associated challenges.

研究の動機と目的

• HDTs の個別利用ケースを超えたクロスドメインの一般的な定義を明確にする。
• HDT のカテゴリを特定し、従来の Digital Twins (DTs) との識別を行う。
• HDT における新たな技術的、知覚関連、倫理的課題を強調する。
• ドメイン横断の HDT 開発のための eleven key design considerations を導出する。

提案手法

• Scopus、Web of Science、PubMed から 2021 年までの HDT 関連論文の系統的文献調査（PRISMA）を実施する。
• HDT を four categories に分類する：human-in-the-loop、physiological、mechanistic、cognitive。
• レビュー済み文献からクロスドメインの特徴、課題、設計への影響を総合する。

Figure 1: Comparison of the three digital concepts for digitally representing a physical entity. The concepts differ in the development of the connecting data thread.

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HDTs を一般的、クロスドメインな文脈でどのように定義・概念化できるか。
• RQ2 文献から浮かび上がる HDTs のカテゴリは何か、従来の DTs とはどう異なるか。
• RQ3 HDTs と従来の DTs の違いから生じる重要な課題は何か。
• RQ4 これらの課題から生じる HDT 設計の考慮事項は何か。

主な発見

• HDTs は認知、生理、行動といった人間要素を取り入れることで DTs を拡張し、新たな設計考慮事項を導く。
• 4つの HDT カテゴリ：human-in-the-loop、physiological、mechanistic、cognitive の HDTs を特定。
• HDTs は人間の複雑さとダイナミクス、ならびに知覚、受容、倫理の課題により技術的概念化に困難を抱える。
• データ品質、意思決定プロセスの透明性、ユーザーインターフェース設計は HDTs の信頼性と受容性に決定的な影響を与える。
• HDT アプリケーション間の標準化が限られており、データ交換と相互運用性を困難にしている。

Figure 2: Typical Digital Twin framework in conventional application domains. The physical object is monitored using sensors, a continuously updated digital representation is stored using a database, simulations based on Artificial Intelligence are performed and corresponding feedback is provided to