Un equip de l’UPV desenvolupa un model d’IA que prediu l'evolució de les turbulències

Un equip d'investigació de la Universitat Politècnica de València (UPV) i la Universitat de Michigan (UM) han desenvolupat un nou model d'intel·ligència artificial capaç de predir l'evolució de les turbulències i avançar en la seua comprensió.

L'estudi, que ha sigut publicat en la revista científica Nature Communications, contribuirà a preveure zones perilloses durant els vols i a reduir riscos per als passatgers, i podria ser útil en la millora de certs processos industrials, la combustió i la reducció de la resistència aerodinàmica.

Segons ha explicat Sergio Hoyas, investigador de l'Institut de Matemàtica Pura i Aplicada (Iumpa) de la UPV i coautor de l'estudi, durant més d'un segle, la turbulència ha sigut un trencaclosques: “equacions massa complexes, experiments difícils i ordinadors insuficientment potents no han permés desxifrar-la”.

“La IA ens dona ara una eina nova amb un potencial enorme per a tractar de resoldre el trencaclosques i identificar quines regions d'un flux turbulent són realment les més importants en la seua evolució”, afig Andrés Cremades, investigador també del Iumpa de la Politècnica de València.

En l’estudi, l'equip analitza la turbulència mitjançant el nou model d’IA. A partir d'una simulació extremadament detallada d'un flux turbulent, l'algoritme d’IA estima la seua importància en la dinàmica de la turbulència.

A diferència d'altres treballs basats en intel·ligència artificial, que funcionen com una “caixa negra”, este mètode no sols prediu l'evolució del flux, sinó que també indica quines regions concretes influïxen més en el seu desenvolupament, segons ha informat la UPV.

Per a entrenar el model, els investigadors han combinat simulacions numèriques d'alta precisió amb tècniques d'intel·ligència artificial explicable que apliquen la teoria de jocs, anomenades SHAP. “Ara sabem exactament quines regions del flux hem de modificar si volem reduir la resistència, millorar la combustió o disminuir la contaminació”, explica Sergio Hoyas.

Està col·laboració entre la UPV i la UM resulta d'especial interés per al disseny d'estratègies de control més eficients de la turbulència, que permeten reduir la fricció, el consum energètic o el desgast en sistemes industrials.

Tenint en compte que al voltant del 15% de l'energia mundial es perd a causa d'efectes relacionats amb la turbulència, identificar amb precisió les zones clau del flux pot contribuir al desenvolupament de tecnologies més sostenibles en sectors com l'aeronàutica, l'automoció o l'energia eòlica, assenyalen des de la UPV.

Segons l'equip responsable de la investigació, esta tècnica pot aplicar-se a altres problemes físics en els quals siga necessari identificar quins factors són realment importants.

“Demostrar l'existència i unicitat de solucions de les equacions de la mecànica de fluids és conegut com el problema del milió de dòlars. Resoldre la turbulència de manera pràctica seria el problema del bilió de dòlars”, conclou Ricardo Vinuesa.