設(shè)計(jì)一艘太空飛船聽起來并不容易。在創(chuàng)建宇宙飛船和其他復(fù)雜工程系統(tǒng)所需的時(shí)間和精力上，建模扮演著重要角色。它需要進(jìn)行大量的物理計(jì)算，篩選大量不同的模型和部落知識來確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的奇異部分。

Zohaib Hasnain博士的研究表明，自主系統(tǒng)中使用的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)具有更準(zhǔn)確，更有效地解決這些復(fù)雜建模問題的潛力。他將高性能的人工智能應(yīng)用于基于物理的過程，旨在“自動(dòng)化”建模，減少生產(chǎn)解決方案所需的時(shí)間并降低生產(chǎn)成本。

Hasnain說：“如果我試圖按照設(shè)計(jì)鉛筆的方式進(jìn)行某些工作，那么設(shè)計(jì)鉛筆就涉及到一個(gè)過程。” “根據(jù)其他人過去的工作，我已經(jīng)掌握了一些知識，因此我將采取一定的步驟。任何可以通過流程或紙上算法描述的內(nèi)容都可以在自治系統(tǒng)的上下文。”

Hasnain是J. Mike Walker '66機(jī)械工程系的助理教授，他意識到在航空航天行業(yè)工作期間，由于建模工作而導(dǎo)致項(xiàng)目延遲。在進(jìn)行傳統(tǒng)建模過程時(shí)，科學(xué)家和研究人員必須創(chuàng)建各種模型，其中許多模型都需要測試。此外，通過單個(gè)模型進(jìn)行歸檔花費(fèi)的時(shí)間太長，無法產(chǎn)生答案?？臻g系統(tǒng)傳統(tǒng)建模的一個(gè)例子是計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)，即CFD，它使用數(shù)值分析來確定解決方案，從而導(dǎo)致計(jì)算成本高昂，并且需要人工來進(jìn)行驗(yàn)證。

Hasnain說：“我一直認(rèn)為有很多工作要做，因?yàn)樗坪跤心軌蚪鉀Q建模瓶頸的自主系統(tǒng)和機(jī)器。” “我的研究是了解數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)如何以及何時(shí)受益的第一步，其最終目標(biāo)是要花費(fèi)數(shù)月或數(shù)周的時(shí)間來解決一個(gè)過程，并在數(shù)小時(shí)或數(shù)天內(nèi)產(chǎn)生解決方案。”

Hasnain在助理教授Vinayak R.Krishnamurthy博士和研究生研究助理Kaustubh Tangsali的陪同下進(jìn)行了一項(xiàng)研究，以了解卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等常用的機(jī)器學(xué)習(xí)架構(gòu)(CNN)和物理信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(PINN)應(yīng)用于流體預(yù)測問題。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法使用預(yù)先存在的建模數(shù)據(jù)庫來訓(xùn)練模型，該模型可以通過仔細(xì)控制流體的基本物理特性以及流體流動(dòng)的幾何形狀來進(jìn)行控制。然后使用該模型進(jìn)行預(yù)測。他們的研究發(fā)現(xiàn)，如果針對解決方案過程的非常具體的方面，CNN和PINN都有優(yōu)化建模過程的潛力。他們現(xiàn)在正在研究一種混合學(xué)習(xí)方法，以實(shí)現(xiàn)其加快設(shè)計(jì)過程的最終目標(biāo)。

Hasnain說：“我們正在尋找一套可以替代舊工具的工具。” “我們正在嘗試了解這些新工具在傳統(tǒng)上由基于第一原理的解決方案技術(shù)控制的應(yīng)用程序中如何表現(xiàn)。”

研究人員在《機(jī)械設(shè)計(jì)雜志》上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。他們的文章“用于在幾何和物理流體變化中進(jìn)行氣動(dòng)流場預(yù)測的卷積編碼器/解碼器網(wǎng)絡(luò)的可推廣性”著重于理解尺寸工具，這些尺寸工具有可能替代當(dāng)前的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建模工具。

從研究結(jié)果來看，Hasnain希望建立一個(gè)自治基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可以從數(shù)據(jù)收集中提取出通過混合機(jī)器學(xué)習(xí)架構(gòu)產(chǎn)生建模解決方案。通過算法和預(yù)先存在的數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)架構(gòu)將成為一個(gè)建模過程，可以應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中的各種系統(tǒng)。最終，他計(jì)劃共享此基礎(chǔ)架構(gòu)以進(jìn)行廣泛的免費(fèi)使用。

Hasnain說：“我希望這種基礎(chǔ)設(shè)施能夠成為一項(xiàng)社區(qū)計(jì)劃，并向所有人免費(fèi)提供。” “也許更重要的是，因?yàn)樗梢援a(chǎn)生近乎按需的解決方案，而這與當(dāng)前的最新建模技術(shù)相反，后者非常耗時(shí)。”

基礎(chǔ)設(shè)施處于開發(fā)的早期階段。Hasnain和他的研究人員正在努力在不久的將來生產(chǎn)原型。

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