Umělá inteligence řeší jeden z nejtěžších problémů fyziky: Modeluje chaotické turbulence

Vědci z Los Alamos National Laboratory vyvinuli průlomový model umělé inteligence, který dokáže předpovídat chaotické pohyby částic v turbulentních tocích.

Vědci z Los Alamos National Laboratory vyvinuli průlomový model umělé inteligence, který dokáže předpovídat chaotické pohyby částic v turbulentních tocích. Tento objev představuje významný krok vpřed v řešení jednoho z nejtěžších problémů klasické fyziky, jak uvedl Daniel Livescu, jeden z vedoucích výzkumného týmu.

Turbulence jsou složitý, multiskalární jev, který se vyskytuje v mnoha komplexních fyzikálních systémech – od počasí přes astrofyziku až po inerciální fúzi. Jsou charakterizovány vířivými pohyby, které pokrývají širokou škálu měřítek, od velkých vírů po stále menší. Na menších měřítkách se chaos – neschopnost předvídat chování, jako je trajektorie a rychlost částic – stává ještě větší výzvou. Stávající modely pro praktické výpočty v těchto systémech jsou často výpočetně náročné. Nový přístup umělé inteligence nabízí inovativní teoretickou konstrukci testovanou v reálných aplikacích a překonává dlouhodobé bariéry v modelování chaotických pohybů částic.

Tým vyvinul a aplikoval první datově řízený, autoregresivní rámec strojového učení, který dokáže zachytit dynamiku turbulencí ve velkém měřítku. Model se učí náhradní dynamický systém lagrangiánských trajektorií turbulencí, který zohledňuje veškerou dynamiku systému. Využívá neuronové sítě a klíčově aplikuje formalismus Mori-Zwanzig, který matematicky rozděluje dynamický systém na sady rozlišených dynamik založených na aktuálních pozorováních stavu a na minulé historii, tedy na paměti. Model byl trénován na krátkodobých předpovědích, což vedlo k přesné realizaci dlouhodobého statistického chování lagrangiánské turbulence.

Vědci doufají, že tento výzkum s paměťovými efekty otevře nové oblasti studia a pomůže při řešení dalších problémů. Potenciální budoucí aplikace zahrnují například pohyby davů, kde jsou v akci mnohé stejné lagrangiánské aspekty. Na výzkumu se podíleli členové skupiny Physics Aware AI/ML z laboratoře Los Alamos a externí spolupracovník z Evropy.