Čtvrtek 30. června 2022, svátek má Šárka
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Čtvrtek 30. června 2022 Šárka

Počítač navrhl křídlo pro Boeing 777. A je už na pohled jiné

  10:00
Konstruktéři si nechali od počítače od základu navrhnout nové křídlo pro Boeing 777. Výsledný návrh je lehčí než dnešní konstrukce a ve vnitřku skrývá prvky, které by lidský konstruktér nepoužil.

„Počítačovou evolucí“ vytvořený návrh křídla pro Boeing 777. Podobné uspořádání vnitřních prvků by lidský konstruktér mohl navrhnout jen těžko. | foto: Aage et al., Nature

Lidští konstruktéři si dnes nechávají od počítače pomáhat zcela běžně.  Specializovaný software dokáže relativně snadno a rychle zvládnout úkoly, se kterými by si člověk poradil jen obtížně. Například upravit návrh konstrukce tak, aby výrobek byl co nejlehčí a přitom splňoval dané požadavky na pevnost či v dalších parametrech. Díky modelování se šetří čas, ale také je možné vyrábět méně prototypů.

Metoda má svá omezení daná do značné míry výkonem počítačů. Může se tak využít třeba k důkladné kontrole nějakého menšího komponentu, či naopak méně důkladné kontrole celé konstrukce. Ale s tím, jak výkon počítačů roste, bude se tato hranice posouvat a „umělá inteligence“ (tento termín ovšem používáme velmi volně) reálně dokáže navrhovat celé složité objekty či stroje. 

Co to bude znamenat? Přinese to něco nového? Můžeme se těšit na nové, nečekané a na pohled odvážné návrhy „z pera“ počítače? Odpověď na tyto otázky se pokusila naznačit skupina dánských odborníků v posledním čísle časopisu Nature (práce je zde).

Simulovaná evoluce bez zbytečného odpadu

Niels Aage s kolegy z Technické univerzity u Kodaně si zajistili výpočetní čas superpočítače Curie v Bruyères-le-Châtel poblíž Paříže, aby jim od základu vymodeloval celé 27 metrů dlouhé křídlo Boeingu 777. Tým začal s obrysem budoucího křídla optimalizovaným pro maximální vztlak a minimální tah a rozdělil jej na 1,1 miliardy 3D pixelů čili „voxelů“. Dnes se podle autorů v praxi obvykle pracuje s návrhy řádově v milionech voxelů (či méně, samozřejmě) a jde tedy výrazný skok vpřed.

Každý simulovaný „voxel“ měl velikost řádově v desetinách milimetru (ne všechny byly stejně veliké). Počítač nesměl hýbat s pevnou svrchní vrstvou křídla, které bylo navrženo aerodynamicky optimálně pro daný účel, s vnitřními prvky si mohl „hrát“ podle libosti. Algoritmus nejprve simuloval rozložení sil v komponentu při různé zátěži a tuto analýzu bez lidského zásahu několiksetkrát opakoval. Při každém opakování návrh vylepšoval, takže jde o proces, který hodně připomíná evoluci - jen díky tomu, že jednotlivé mezistupně se nemusí fyzicky vyrábět, jde o proces velmi výrazně rychlejší.

Porovnání počítačem vytvořeného návrhu se strukturou v zobáku zoborožce.

Výsledná podoba návrhu se od dnes běžně vyráběných křídel liší již na pohled - tedy pokud nahlédnete dovnitř. Uvidíte složité, organicky působící tvary, které připomínají snad křídelní kosti ptáků či pletivo rostlin. Nosné konstrukce na náběžné hraně křídla zase vypadají jako vnitřní struktura zobáku. Křídlo má stejnou tuhost jako křídlo běžné „777ky“, ale podle údajně opatrného odhadu autorů je má o 2-5 % menší hmotnost. V praxi by to byla váhová úspora v řádech stovek kilogramů, která s sebou nese zase úsporu desítek a možná i několika stovek tun paliva za rok. Což není na pohled mnoho, ale jde pouze o křídla, navíc v průmyslu s tak nízkými maržemi, jako je letecká doprava, by to pro dopravce byla zajímavá čísla.

TECHNET.cz

Generativní návrh je v začátcích

Postup se navíc samozřejmě může použít také u jiných komplexních návrhů a výsledky v některých případech mohou být třeba ještě zajímavější. Aage pro časopis Nature navrhuje například kontrolu konstrukce budov v zemětřesných zónách.

Ale kdo ví, podobně podrobné simulace jsou opravdu novou „hračkou“ a zatím jsou kvůli své výpočetní náročnosti notně nedokonalé. Dánský tým ve své simulaci tak zanedbal některé aspekty, které by se musely u skutečně praktického návrhu ověřovat. Ale existuje celá řada metod, jak běh softwaru optimalizovat, výkon počítačů nejspíše také nadále poroste, a tak je těžké dnes určit, kam tento obor dospěje.

Firma Airbus například v roce 2015 ve spolupráci s firmou Autodesk předvedl, jak konkrétně může generativní design pomoci při řešení zcela konkrétního problému. V tomto případě počítač hledal, jak vytvořit přepážku v letadle Airbus, která musela splňovat konkrétní požadavky: být výrazně lehčí, než současné řešení, být dostatečně silná, aby k ní mohly být připevněny dvě sedačky pro personál (tzv. jump seat), být tenká a být ke konstrukci letadla upevněna na čtyřech místech.

Ukázka zrychleného průběhu generativního designu včetně průběžných simulací

Počítačový progam prošel desetitisícem generací a vyprodukoval tisíce návrhů. Konstruktéři je pak manuálně prošli, porovnali jejich parametry a simulované výsledky a následně tuto přepážku vytiskli na 3D tiskárně.

Boeing se nepochybně na výrobu nových typů křídel podle počítačem vytvořeného návrhu určitě nevrhne, na to je příliš složitý. Pomohla by obří 3D tiskárna, ale autoři neví o tom, že by v potřebných rozměrech dnes někde existovala. Ale co není, může být. Navíc v podobných případech nejde o praktickou použitelnost, ale o inspiraci pro konstruktéry, ať už stávající, či budoucí.

Aktualizace: Do článku jsme doplnili další příklady generativního designu.

Autoři: ,
  • Nejčtenější

Aerolinky ruší tisíce prázdninových letů. Pilot vysvětluje proč

Tisíce zrušených letů, mnohahodinové fronty, vyčerpaný personál ostřelovaný výpověďmi. Současné letectví je v těžké...

Kladivo na ruské dělostřelectvo. HIMARS se zapojil do bojů

Americký dělostřelecký systém HIMARS, po kterém Ukrajina volá už několik týdnů, byl konečně dopraven k bojujícím...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Stop pro letoun F-35? Švýcaři prověřují podezřelé nesrovnalosti v tendru

Úspěšné tažení letounů F-35 Evropou v roce 2021 pokračovalo ve Finsku a Švýcarsku. V alpské zemi se však nad nákupem...

Slovenské ministerstvo popřelo, že by chtělo koupit stíhačky F-35 místo F-16

Válka na Ukrajině významně rozhýbala mezinárodní obchod se zbraněmi. Mnoho zemí se najednou cítí být ohroženo tak, jak...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Toto se Applu fakt povedlo. Udivující výkon v tichém chladném kabátku

Vyzkoušeli jsme počítač Apple Mac Studio M1 MAX s monitorem Display Studio. Zatímco o skvělém počítači můžeme říci, že...

Nadané děti mají společné rysy. Rodiče to někdy nepoznají, říká expert Mensy

Premium Pouhá dvě promile populace – tedy jenom jeden člověk z pěti set – má IQ vyšší než 150. Zhruba každý padesátý má přes...

Cesta do Chorvatska 2022: Jak projet rozkopané Slovinsko a tankovat v Maďarsku

Premium Dobrá zpráva pro dovolenkáře mířící autem na Jadran. Cesta byla letos hladká, na nejrychlejší trase přes Vídeň, Graz...

Ekonomie hlouposti: počet hlupáků „v oběhu“ je vyšší, než si myslíte

Premium Hloupí lidé patří ekonomicky k nejnebezpečnějším. Za hloupé je třeba považovat ty, kteří škodí druhým i sobě samým. V...

  • Další z rubriky

S čím se také jezdilo na dovolenou. Stanové přívěsy z NDR

Nejen plastové lžičky a duroplastové trabanty, ale i stanové přívěsy Camptourist můžeme pasovat na východoněmecké...

POZOR VLAK: Parní vlaky vyzvaly na souboj vysokorychlostní jednotky

Tvůrci videoseriálu POZOR VLAK se v jeho 112. díle vydali na cestu časem. Natočili jak nejmodernější vysokorychlostní...

POZOR VLAK: Objevili jsme železniční unikát z období konce páry

Seriál Tvůrcům železniční magazínu POZOR VLAK se podařil velký objev. Vypátrali desítky dosud nepublikovaných fotografií a...

OBRAZEM: Mohutné lokomotivy EP-2 udivovaly výkonem i technickým řešením

Prakticky každá lokomotiva je zajímavá. Jenže některá je zajímavější a zde je zářným příkladem i americká dvoupólová...

Získejte exkluzivní přístup k tajné soutěži a vyhrajte kolotoč nad postýlku
Získejte exkluzivní přístup k tajné soutěži a vyhrajte kolotoč nad postýlku

Připravili jsme si pro vás kolotoč nad postýlku v hodnotě 1 499 Kč, kterou nyní můžete vyhrát v naší tajné soutěži. Jak se k ní dostanete a co pro...

Kladivo na ruské dělostřelectvo. HIMARS se zapojil do bojů

Americký dělostřelecký systém HIMARS, po kterém Ukrajina volá už několik týdnů, byl konečně dopraven k bojujícím...

Někde bědují nad benzinem, jinde už hladoví. Zdražování pociťují lidé všude

To, že je všechno dražší a že pravděpodobně bude ještě o něco hůř, se rozhodně netýká jen Česka. Britský deník The...

Tradiční hluboká orba vadí Bruselu. Čeští farmáři mohou přijít o peníze

Premium Jarní ječmen, který se používá v pivovarnictví a sladařství, ztratí kvalitu. Česká pole už nebudou jako dřív a farmáře...

Proč dřív lidé vypadali na fotce starší. Rychleji se stárnulo, nebo je to klam?

Premium Tak schválně, udělejte si čas a zalistujte rodinnými alby. Podívejte se na svoje rodiče, prarodiče, praprarodiče. A...

Herečka Eva Josefíková se o víkendu tajně vdala

Herečka Eva Josefíková (32) se na Instagramu pochlubila šťastnou novinkou. Během romantického obřadu řekla své ano...