Новый ИИ DIMON решает математические задачи быстрее суперкомпьютеров

Структура DIMON (Diffeomorphic Mapping Operator Learning) предназначена для решения уравнений в частных производных — фундаментальных математических задач, возникающих во многих научных и инженерных областях. С ее помощью исследователи могут моделировать динамику реальных систем, описывая, как объекты и среды изменяются в пространстве и времени.

Уравнения в частных производных обычно решаются путем разбивки сложных форм, таких как крылья самолета или органы тела, на сетки или ячейки, состоящие из мелких элементов. Затем проблема решается на каждом простом участке и рекомбинируется. Но если эти формы меняются, например, при авариях или деформациях, сетки необходимо обновлять, а решения пересчитывать. Это медленно и дорого.

DIMON использует искусственный интеллект для анализа поведения физических систем при различных формах без необходимости повторного пересчёта для каждой новой конфигурации. Вместо того чтобы разбивать форму на сетки и многократно решать уравнения, ИИ прогнозирует, как будут распределяться такие параметры, как тепло, напряжение или движение, опираясь на выявленные закономерности.

Для каждой задачи DIMON сначала решает уравнения в частных производных на одной форме, а затем отображает решение на несколько новых. Это ускоряет и упрощает задачи по оптимизации конструкции и моделированию сценариев для конкретных конфигураций.

Ученые используют уравнения в частных производных для моделирования сердечной аритмии. Создавая цифровые «двойники» сердец, они прогнозируют развитие опасных нарушений ритма и разрабатывают индивидуальные схемы лечения. Команда протестировала DIMON на более чем 1000 цифровых моделей сердец реальных пациентов. Платформа предсказала, как электрические сигналы распространяются через каждую уникальную форму органа, достигнув высокой прогностической точности.

Предыдущие решения, разработанные командой, были слишком медленными. Например, для прогнозирования риска внезапной сердечной смерти и разработки оптимальных схем лечения с помощью уравнений в частных производных требуется неделя. Новый подход радикально сокращает время расчета до 30 секунд, позволяя проводить анализ на обычном компьютере, а не на суперкомпьютере. Поэтому фреймворк проще внедрить в клиническую практику.

DIMON пригодится в различных областях — аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение и строительство. Инструмент можно использовать при краш-тестах, в ортопедических исследованиях или для других сложных задач, где изменяются формы, силы и материалы.