Joe Alexandersen modtager prestigefyldt bevilling til at krølle tid og rum sammen
Joe Alexandersen, lektor på Det Tekniske Fakultet, er blandt årets modtagere af Den Frie Forskningsfonds Sapere Aude-bevillinger for unge talentfulde forskningsledere. Med bevillingen på lidt over 6 millioner vil han løse et af de største problemer inden for såkaldt computerdrevet morfogenese. Det kan – blandt meget andet – gøre vindmøller mere effektive og lydløse.
Er computere bedre designere end os mennesker?
Spørger man Joe Alexandersen, der er lektor på Det Tekniske Fakultet, er svaret ja. I hvert fald i mange tilfælde, forklarer han, hvis man kombinerer computersimuleringer med matematisk optimering.
Som forsker arbejder han netop med at optimere strukturer, blandt andet med såkaldt computerdrevet morfogenese. Og det er, siger han selv, egentlig bare er et smart ord for at lade computere i stedet for ingeniører om at udforme komponenterne i alt lige fra vindmøllevinger til computerchips.
Det er der nemlig mange fordele ved.
”Ved hjælp af computersimuleringer kan vi lave bedre og mere effektive komponenter til alle mulige formål. Og vi kan lave komponenter, som kan produceres smartere af færre materialer og derved med mindre energi”, siger Joe Alexandersen.
”Den menneskelige intuition kan være kraftfuld, men den er også meget begrænset af, hvad den allerede kender. Med computeren kan man starte helt forfra, og det kan der komme nogle nye løsninger ud af, som vi aldrig ville have forestillet os. Indimellem kan vi også lære noget helt nyt om den grundlæggende fysik.”
Dog understreger lektoren, at computeren ikke kan klare sig på egen hånd.
Fra 100 til 10 dage
Joe Alexandersen har netop modtaget en af de prestigefyldte Sapere Aude-bevillinger på lige over 6 millioner fra Den Frie Forskningsfond. Med den vil han og hans hold løse et af de største problemer inden for computerdrevet morfogenese: ventetiden.
”Projektet går ud på at nedsætte beregningstiden på de her designmetoder. Jeg vil gerne bringe feltet videre, så det ikke kun kan behandle tekniske problemer, der er statiske, men også tidsafhængige problemer”, siger han.
Som det er nu, bruger man hovedsageligt computerdrevet morfogenese til at lave komponenter, der udfører opgaver, som ikke forandrer sig af omgivelserne eller de ting omkring, der belaster den. De er altså konstante over tid.
Men i den virkelige verden er der få ting, der ser sådan ud. Problemet er bare, at hvis man vil lade computeren designe noget, der forandrer sig over tid, så tager det virkelig lang tid at beregne.
”Normalt tager sådan en computerdrevet optimeringsproces måske 10 timer for statiske problemer, fordi man skal lave mellem 100 og 1.000 gentagende simuleringer. Men hvis komponenten forandrer sig over tid, så tager hver simulering pludselig 10 timer, og så kan hele processen ende med at tage 100-200 dage”, siger Joe Alexandersen.
”Hidtil har folk – inklusiv mig selv – simpelthen bare accepteret, at sådan er det. Man kan sætte det i gang, og så må man vente den tid, det nu tager. Men i en industriel sammenhæng er det ikke muligt. Det giver ingen mening at vente i 100 dage på et resultat. Så målet med projektet er at prøve at gå fra, lad os sige, 100 dage til 10 dage.”
Rumtid og supercomputer
At det i det hele taget tager så lang tid for computeren at beregne, handler om, at de sædvanlige optimeringsmetoder foregår sekventielt.
”Man kan sammenligne det statiske tilfælde med at tage et enkelt billede. Men hvis det, man skal optimere, ændrer sig over tid, er det ikke nok med et billede. Så skal man have en hel film, altså en lang række af billeder. Og i og med at det tog lang tid bare at få det ene billede, ja, så tager det rigtig lang tid at få en film”, forklarer Joe Alexandersen.
For at løse problemet vil Joe Alexandersen og hans kollegaer arbejde med det, man kalder rumtidsbeskrivelser. Populært sagt vil de krølle tid og rum sammen, så det bliver til én størrelse kaldet rumtid.
”Man kan sige, at i stedet for at have en film, som består af en lang række billeder i en sekvens, så presser vi filmen sammen til en klump, som kan skæres ud i en masse små stykker. Hver af disse stykker kan så sendes ud til hver sin computer som del af en supercomputer, og så optager hver computer f.eks. 10 sekunder af filmen på samme tid, men hver for sig. Så hele filmen tager kun 10 sekunder at optage. Det bliver også kaldt for parallel computing”, siger Joe Alexandersen.
Gøre vindmøllevinger bedre
Helt konkret vil Joe Alexandersen i projektet arbejde med en bestemt luftdyse som casestudie.
Dysen kan blandt andet bruges på vindmøllevinger for at få vingen til at skære sig mere effektivt og mere lydløst igennem luften. Og eftersom den får luften til at bevæge sig i uregelmæssige bølger bag sig, er den et godt eksempel på en komponent, der alene på grund af sin fysik forandrer sig over tid.
”Det er et gammelt design, som ikke rigtig har ændret sig over lang tid. Min tanke er, at vi kan bruge den computerdrevne morfogenese til at lave en dyse, der er endnu bedre, og det kræver måske, at den ser helt anderledes ud,” siger lektoren.
Men håbet med projektet rækker langt videre end blot at forbedre den ene dyse.
Joe Alexandersen håber, at de ved at løse problemet med den lange ventetid kan gøre topologioptimering og computerdrevet morfogenese brugbart for mange flere. Det vil i sidste ende betyde, at alle mulige produkter, maskiner og apparater, som vi omgiver os med, vil blive bedre.