Без проб и ошибок. Как цифра решает проблему неудачных экспериментов при создании новых материалов ? в интервью с Александром Павловым

Решить проблему быстрого и точного синтеза новых материалов теперь помогают цифровые технологии: смоделировать структуру материала и его свойства возможно в виртуальном мире. Этим, в частности, занимаются ученые Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Какие задачи ученые поручают цифровым технологиям и насколько точны решения? Какие области наиболее заинтересованы в новых материалах? Когда в системе образования появится новое направление и какие компетенции объединит? Об этом ? в интервью с кандидатом химических наук, директором Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н.Э. Баумана Александром Александровичем Павловым.

? Цифровые технологии сегодня широко применяются во многих сферах. В центре НТИ вы занимаетесь цифровым материаловедением. В чем роль цифровизации этой области науки? Чего вы ждете от применения таких технологий?

? Действительно, цифровые технологии плотно вошли в нашу жизнь, в том числе в финансовую сферу и логистику. Наука в целом и в частности материаловедение ? более консервативные области, поэтому новые технологии проникают в них с определенным трудом. Но тем не менее сейчас есть все условия и предпосылки для их внедрения. Наш центр этим и занимается.

? Какие задачи вы поручаете искусственному интеллекту?

? Цифровое материаловедение ? это не только ИИ, но и значительные объемы различного моделирования, в том числе основанного на физических принципах. Подход, который мы пропагандируем в разработке новых материалов, основан на двух частях. В первую очередь это физическое моделирование, в какой-то степени его основоположником можно назвать такой университетский предмет, как сопромат. А ИИ ? это только вторая часть системы, помогающая физическому моделированию получать более точные расчеты. 

Когда говорят о задачах цифрового материаловедения, в основном подразумевают моделирование структуры материалов и предсказание их свойств. Конечно, это важная, но далеко не единственная часть науки. В том числе методы цифрового материаловедения позволяют оптимизировать технологические процессы: например, на производстве возникли определенные неполадки, которые нужно решить. Чтобы разобраться, как протекает технологический процесс, возможно создать его цифровой двойник, в основе которого лежат методы ИИ и физического моделирования. Таким образом мы в цифровом мире воссоздаем процессы производства, до деталей разбираем его, находим проблемные участки и получаем возможность в реальном мире оптимизировать или корректировать то, что необходимо. В этом суть цифрового материаловедения: перевести некоторые этапы разработки, возможно, неудачные попытки и эксперименты в цифровой мир.

Сегодня есть все предпосылки для того, чтобы это действительно работало и приносило пользу. Во-первых, это бурное развитие методов ИИ. Во-вторых, экспоненциальный рост вычислительных мощностей: с их увеличением мы можем использовать более сложные и, соответственно, более точные модели. Кроме того, активно развиваются теории строения материалов. Все это привело к тому, что цифровой подход в разработке материалов начал приносить реальную пользу. Раньше наши предки строили дома без предварительных расчетов, по наитию. Если бы кто-то пришел к ним и сказал: «Давайте строить иначе, я посчитал…», ему, возможно, и не поверили бы. Или была традиция, когда конструктор моста при сдаче объекта вставал под него, принимая таким образом прямую ответственность. Сейчас это не нужно. Мосты и дома строятся на основе предварительных расчетов, и мы абсолютно убеждены, что они выполнены точно и достоверно. Теперь пришло время расширить этот подход и на материалы, из которых изготавливаются конструкции.

? Насколько точны сегодня цифровые технологии в области материаловедения? Цифра может обмануть?

? Конечно, в настоящий момент существуют неточности и погрешности, пока от этого не уйти. И главное в этом вопросе ? контролировать такие погрешности: в такой ситуации мы, применяя эти материалы в конструкциях, можем заложить определенные допуски.

Развиваются теория строения материалов и информационные технологии: одна из актуальных задач ? сделать расчеты более точными. При этом их достоверность различается: существует огромное многообразие видов материалов и их свойств, поэтому точно сказать, что сегодня мы видим погрешность в 5% или 10%, нельзя. Все это зависит от материала, его свойств и типа расчета. Информация взята с портала «Научная Россия»

Источник: scientificrussia.ru