Un avion Boeing 777 al companiei aeriene United Airlines, FOTO: Uwe Deffner / Alamy / Profimedia Images
De peste un secol, specialiștii în matematică și fizică au investigat natura complexă a mișcării fluidelor – modul în care aerul se rotește în jurul aripilor avioanelor sau apa se agită în conducte. Recent, laboratorul DeepMind al Google a anunțat o descoperire semnificativă în acest domeniu, realizată cu sprijinul inteligenței artificiale (AI), conform Business Insider.
Fluidele sunt atât de imprevizibile încât ecuațiile utilizate pentru modelarea comportamentului lor nu pot fi rezolvate complet. În fizică, fluidul este considerat un mediu continuu, care se deformează și curge în mod constant. Astfel, inclusiv gazele și plasma sunt încadrate în categoria fluidelor, nu doar lichidele.
Pentru a aplica ecuațiile pentru fluide, fizicienii folosesc ipoteze precum vâscozitatea constantă sau variații lineare ale presiunii.
Chiar și scenariile simple pot duce la „explozie” – situații în care ecuațiile prevăd rezultate extreme, precum presiune infinită sau viteze incredibil de mari. Aceste situații se numesc singularități și reprezintă momentele în care matematica nu mai poate anticipa comportamentul fizic al fluidelor.
Singularitățile pot fi stabile sau instabile. Cele stabile sunt mai ușor de identificat, în timp ce cele instabile sunt mult mai dificil de detectat. Folosind algoritmi de învățare automată și modele AI specializate în fizică, cercetătorii de la DeepMind au descoperit recent noi familii de singularități instabile în trei ecuații diferite din dinamica fluidelor.
Realizările cercetătorilor de la DeepMind utilizând AI
Prin integrarea structurilor ecuațiilor direct în aceste modele AI specializate și prin optimizarea etapizată a acestora, echipa a obținut o precizie aproape de nivelul mașinilor, suficientă pentru verificarea formală a rezultatelor de către matematicieni.
„Această cercetare oferă o nouă perspectivă pentru abordarea problemelor persistente din fizica matematică”, au afirmat specialiștii DeepMind în publicația lor științifică. De asemenea, un blog asociat menționează: „Această descoperire deschide noi căi de cercetare în domeniul matematic.”
DeepMind este un laborator de cercetare în domeniul inteligenței artificiale, achiziționat de Google cu mai bine de zece ani în urmă.
Laboratorul este condus de Demis Hassabis, un expert în matematică și jocuri, care a avansat rapid în gama managerială Google odată cu avansul tehnologiei AI. În anul precedent, Hassabis a primit Premiul Nobel pentru realizarea unui model de AI capabil să prezică structura celor 200 de milioane de proteine fundamentale ale vieții.
Importanța descoperirii realizate la DeepMind
Identificarea noilor singularități instabile poate ajuta cercetătorii să înțeleagă mai bine apariția turbulenței – comportamentul imprevizibil și energofag al fluidelor – atât în natură, cât și în inginerie.
Aceasta facilitează o înțelegere aprofundată a domeniilor precum rezistența aerodinamică a aeronavelor, sistemele meteorologice, fluxurile sanguine și distribuția energiei. Se speră că aceste progresii vor contribui la reducerea turbulenței în zborurile viitoare.
Inovațiile pot sprijini monitorizarea fenomenului de „turbiditate”, starea în care fluentul este influențat mai mult de impulsuri decât de proprietățile fizice, făcând previzionarea dificilă.
„Majoritatea software-urilor utilizate pentru monitorizarea turbidirii pornesc de la presupunerea că ecuațiile sunt complet exacte pentru toate valorile,” a explicat o sursă pentru BI.
Cu descoperirea de către DeepMind a noilor singularități instabile, specialiștii pot urmări mai precis fluxurile turbulente, deoarece acum au o înțelegere mai clară a intervalelor de valabilitate ale acestor ecuații,” a adăugat ea.