Інженери проєктують безпечніші автомобілі, стійкіші космічні кораблі і міцніші мости, використовуючи складні математичні задачі, які керують основними процесами. Точно так само лікарі використовують математичні моделі для точнішого прогнозування проблем з серцем. Ці задачі, що називаються диференціальними рівняннями в частинних похідних, є основою інженерії та науки. Але їх розв’язання може зайняти дні, а то й тижні, особливо для складних фігур.
Щоб дізнатись останні новини, слідкуйте за нашим каналом Google News онлайн або через застосунок.
Тепер дослідники Університету Джона Хопкінса створили нову модель штучного інтелекту під назвою DIMON. Вона може розв’язувати ці складні рівняння в тисячі разів швидше, прямо на вашому персональному комп’ютері.
«Хоча мотивація до його розробки виникла з нашої власної роботи, ми вважаємо, що це рішення матиме величезний вплив на різні галузі інженерії, оскільки воно дуже універсальне і масштабоване», – сказала Наталія Траянова, професор біомедичної інженерії та медицини з Університету Джона Хопкінса.
Диференціальні рівняння в частинних похідних є поширеною математичною проблемою. Ці рівняння допомагають перетворити реальні сценарії на математичні моделі для прогнозування майбутніх змін в об’єктах або середовищах. Однак розв’язання цих великих математичних проблем зазвичай є роботою для суперкомп’ютерів. З появою штучного інтелекту все стає простіше.
Новий фреймворк штучного інтелекту DIMON розшифровується як Diffeomorphic Mapping Operator Learning (навчання операторів дифеоморфного відображення). Команда протестувала DIMON на понад 1000 цифрових комп’ютерних моделях серця реальних пацієнтів. Цікаво, що модель точно передбачила шляхи проходження електричних сигналів у різних структурах серця.
У цій демонстрації дослідники використовували диференціальні рівняння в частинних похідних для дослідження серцевої аритмії. Це відбувається, коли людське серце б’ється нерегулярно через переплутані електричні сигнали.
Використовуючи цифрові моделі-двійники серця, дослідники можуть прогнозувати ризик цього небезпечного для життя стану і пропонувати відповідні методи лікування. «Ми впроваджуємо нові технології в клініку, але багато наших рішень настільки повільні, що нам потрібно близько тижня від моменту сканування серця пацієнта і розв’язання диференціальних рівнянь у частинних похідних, щоб передбачити, чи є у пацієнта високий ризик раптової серцевої смерті і який найкращий план лікування», – пояснила Траянова, яка очолює Альянс серцево-судинних діагностичних та лікувальних інновацій при Університеті Джона Хопкінса.
Новий AI значно прискорює прогнозування серцевих захворювань, скорочуючи час розрахунку з годин до 30 сек. Це можна зробити за допомогою простого комп’ютера, що робить його практичнішим для повсякденного клінічного використання. Це демонструє потенціал AI для різних інженерних застосувань, включаючи медичну діагностику.
DIMON використовує AI для прогнозування поведінки фізичних систем різної форми. Він вивчає закономірності, щоб передбачити такі фактори, як тепло, напруга та рух, що пришвидшує виконання таких завдань, як оптимізація дизайну та моделювання специфічних форм.
«Для кожної задачі DIMON спочатку розв’язує диференціальні рівняння в частинних похідних на одній формі, а потім відображає рішення на декілька нових форм. Ця здатність змінювати форму підкреслює її надзвичайну універсальність», – сказав Мінгланг Інь, постдокторський науковий співробітник з біомедичної інженерії Університету Джонса Хопкінса, який розробив платформу.
DIMON може допомогти в різних галузях, таких як аерокосмічна, автомобільна та цивільна інженерія. Прискорюючи моделювання, інженери можуть розробляти безпечніші та ефективніші продукти. «Він може працювати практично над будь-якою проблемою, в будь-якій галузі науки або техніки, вирішуючи диференціальні рівняння в частинних похідних на різних геометріях, наприклад, в краш-тестах, ортопедичних дослідженнях або інших складних завданнях, де змінюються форми, сили і матеріали», – зазначила Траянова в прес-релізі.
Якщо вам цікаві статті та новини про авіацію та космічну техніку — запрошуємо вас на наш новий проєкт AERONAUT.media.
Читайте також: