Matematică la limită: DeepMind a descoperit noi singularități care ar putea face zborurile mai line în viitor

De mai bine de un secol, matematicienii și fizicienii s-au confruntat cu natura haotică a mișcării fluidelor – modul în care aerul se învârte în jurul aripilor unui avion sau apa se agită într-o conductă. Însă laboratorul DeepMind al Google tocmai a anunțat o descoperire majoră în domeniu, una realizată cu ajutorul inteligenței artificiale (AI), relatează Business Insider.

Fluidele sunt atât de imprevizibile încât ecuațiile folosite pentru a le modela comportamentul sunt imposibil de rezolvat complet. Ca o paranteză, în fizică fluidul este considerat un mediu continuu în structura sa, care se deformează continuu și curge. Astfel, inclusiv gazele și plasma sunt considerate fluide, nu doar lichidele.

Pentru a folosi ecuațiile legate de fluide, fizicienii trebuie să utilizeze ipoteze precum vâscozitatea constantă sau o schimbare lină a presiunii.

Introducerea chiar și a unor scenarii simple poate duce la „explozie” – situații în care ecuațiile prezic rezultate extreme, precum presiune infinită sau o creștere incredibilă a vitezei. Acestea se numesc singularități și reprezintă momentele în care matematica nu mai poate prezice comportamentul fizic al fluidelor.

Singularitățile pot fi stabile sau instabile. Singularitățile stabile sunt mai ușor de găsit, în timp ce cele instabile sunt mult mai greu de identificat. Folosind învățarea automată și modele AI specializate, centrate pe fizică, cercetătorii de la DeepMind au descoperit acum noi familii de singularități instabile în trei ecuații distincte din dinamica fluidelor.

Ce au făcut cercetătorii de la DeepMind cu ajutorul AI

Prin încorporarea structurii ecuațiilor direct în aceste modele AI specializate și optimizându-le în etape, echipa a obținut o precizie aproape la nivel de mașinărie, suficientă pentru ca matematicienii să poată verifica rezultatele în mod formal.

„Această lucrare oferă un nou set de instrucțiuni pentru abordarea provocărilor persistente din fizica matematică”, au scris cercetătorii DeepMind în lucrarea lor științifică. Un blog asociat a scris de asemenea: „Această descoperire reprezintă o nouă modalitate de a face cercetare matematică”.

DeepMind este un laborator considerat pionier în cercetarea AI, el fiind achiziționat de Google acum mai bine de un deceniu.

Laboratorul este condus de Demis Hassabis, un as în matematică și jocuri, care a urcat rapid în ierarhia Google pe măsură ce tehnologia AI a devenit mai puternică și mai importantă. Anul trecut, Hassabis a devenit un laureat al Premiului Nobel, după ce a creat un model de AI care a reușit să prezică structura celor 200 de milioane de proteine considerate „blocurile de construcție ale vieții”.

De ce este importantă descoperirea făcută la DeepMind

Descoperirea acestor noi singularități instabile ar putea ajuta oamenii de știință să înțeleagă mai bine cum apare turbulența – comportamentul imprevizibil și energofag al fluidelor – în natură și în inginerie.

Aceasta deschide calea către o înțelegere mai profundă a unor domenii precum rezistența aerodinamică a aeronavelor, sistemele meteorologice, fluxul sanguin și distribuția energiei. Poate că aceste descoperiri vor face zborurile viitoare mai puțin turbulente.

Progresele ar putea ajuta la monitorizarea „turbidității”, o stare în care fluidele sunt guvernate de impuls mai degrabă decât de proprietăți fizice, ceea ce le face greu de prezis.

„O mare parte din software-ul pe care îl folosim pentru a monitoriza turbiditatea pornește de la presupunerea că aceste ecuații sunt complet precise în toate valorile”, a declarat o sursă pentru BI.

Acum că DeepMind a descoperit noi singularități instabile, oamenii de știință ar putea monitoriza mai bine fluxurile turbide, „pentru că avem o înțelegere mai bună a intervalelor în care aceste ecuații sunt valide”, a adăugat ea.