Алгоритмы уже помогают создавать детали для сверхлёгких самолётов, широкополосных антенн и гоночных болидов Формулы-1. Однако самые продвинутые методы алгоритмического проектирования требуют много вычислений и времени: инженер видит только готовый результат, а чтобы что-то изменить, часто приходится запускать процесс заново. К тому же такие проекты бывает трудно проверить на прочность и реально изготовить.

Группа исследователей из Массачусетского технологического института (MIT) предложила сделать алгоритмическое проектирование более совместным. Они разработали систему, которая работает как ИИ-напарник: пока алгоритм строит конструкцию, он показывает человеку отдельные области и ждёт обратной связи. Статья об этом опубликована в журнале Communications Engineering в открытом доступе.

В основе подхода лежит топологическая оптимизация - метод, при котором алгоритм шаг за шагом перераспределяет материал внутри заданного пространства, чтобы наилучшим образом достичь поставленных целей. Обычно такой процесс требует больших вычислительных ресурсов, а готовый результат может оказаться неудобным для производства. Например, в одной точке могут сойтись восемь и более балок - в реальности такое соединение сложно изготовить.

Чтобы дать инженеру больше контроля, авторы применили машинное обучение. Модель быстро определяет участки проекта, которые человек, скорее всего, захочет изменить. Для её обучения исследователи создали синтетический набор данных - вероятную обратную связь по тысячам проектов, где оценивались эстетика, эксплуатационные качества и технологичность. Иными словами, алгоритм учится предугадывать типичные правки человека.

В демонстрационных испытаниях новый подход позволил на 39% улучшить технологичность и линейную нагрузку на продольный изгиб (показатель того, насколько конструкция устойчива к искривлению под сжатием) по сравнению с чисто алгоритмическим методом. При этом общее время проектирования увеличилось незначительно - всего на 15 секунд.

Пока система позволяет человеку только делать выбранные области толще или тоньше. В будущих версиях исследователи надеются добавить другие варианты правок. Они также подчёркивают, что новый подход не заменяет полностью автоматическое проектирование, а дополняет его: если у дисциплины много вычислительных ресурсов, можно использовать и чисто алгоритмический метод, а если важна роль человека - совместный.

По словам авторов, участие человека повышает доверие к результату: в некоторых ситуациях именно инженер должен принять окончательное решение, прежде чем проект пойдёт в работу. Исследователи считают, что их метод сделает топологическую оптимизацию доступнее для более широкого круга проектировщиков - не только в промышленности, но и в академической среде.

Источник: Tech Xplore