IA reduz tempo de simulações oceânicas de 45 para 3 minutos
Os investigadores da Universidade Metropolitana de Osaka desenvolveram um modelo de simulação de fluidos baseado na aprendizagem automática que reduz significativamente o tempo de cálculo sem comprometer a exatidão. A sua técnica rápida e precisa abre potenciais aplicações na produção de energia offshore, na conceção de navios e na monitorização dos oceanos em tempo real.
A previsão exata do comportamento dos fluidos é crucial para as indústrias que dependem da energia das ondas e das marés, bem como para a conceção de estruturas e navios marítimos. Embora os métodos de partículas – que permitem que partículas simulem o comportamento do escoamento de fluidos – sejam uma abordagem comum, eles exigem recursos computacionais extensos, incluindo poder de processamento e tempo. Ao simplificar e acelerar as simulações de fluidos, os modelos substitutos alimentados por IA estão a fazer ondas na investigação da dinâmica de fluidos.
No entanto, a IA não está isenta de falhas.
“A IA pode fornecer resultados excecionais para problemas específicos, mas muitas vezes tem dificuldades quando aplicada a diferentes condições”, afirma Takefumi Higaki, professor assistente na Escola Superior de Engenharia da Universidade Metropolitana de Osaka e principal autor do estudo.
Com o objetivo de criar uma ferramenta que seja consistentemente rápida e precisa, a equipa desenvolveu um novo modelo substituto utilizando uma tecnologia de aprendizagem profunda chamada redes neurais de grafos.
Os investigadores começaram por comparar diferentes condições de treino para determinar quais os fatores essenciais para cálculos de fluidos de alta precisão. Em seguida, avaliaram sistematicamente a adaptação do seu modelo a diferentes velocidades de simulação, conhecidas como tamanhos de passo de tempo, e a vários tipos de movimentos de fluidos.
Os resultados demonstraram fortes capacidades de generalização em diferentes comportamentos de fluidos.
“O nosso modelo mantém o mesmo nível de precisão que as simulações tradicionais baseadas em partículas, em vários cenários de fluidos, ao mesmo tempo que reduz o tempo de computação de aproximadamente 45 minutos para apenas três minutos”, afirma Higaki.
Esta investigação marca um passo em frente na simulação de fluidos de alto desempenho, oferecendo uma solução escalável e generalizável que equilibra precisão e eficiência. Estas melhorias vão para além do laboratório.
“Simulações de fluidos mais rápidas e mais precisas podem significar uma aceleração significativa no processo de design de navios e sistemas de energia offshore”, diz Higaki. “Também permitem a análise do comportamento dos fluidos em tempo real, o que pode maximizar a eficiência dos sistemas de energia oceânica”, conclui.
O estudo foi publicado na Applied Ocean Research.