يعمل فريق من الباحثين في جامعة جنوب ألأورال الحكومية، بدعم من منحة مقدمة من ف. ب. خريستينكو، على تطوير حزمة برمجية تُبسط عملية التصميم الهندسي. في ديناميكا الموائع الحسابية التقليدية، تُوجد الحلول بشكل تكراري باستخدام شبكة حسابية، وهو ما قد يستغرق ساعات أو حتى أيامًا في المسائل المعقدة.
ووفقًا لقائد المشروع، عميد كلية هندسة الطيران والفضاء في جامعة جنوب ألأورال الحكومية، ورئيس قسم «محركات الطائرات» دكتور العلوم الهندسية، والأستاذ المشارك– روسلان بيشكوف، فإنّ المُحلِّل المُطوَّر يستخدم شبكة عصبية مُدرَّبة على قوانين حفظ الكتلة والزخم والطاقة في جوهره. أثناء تدريب الشبكة العصبية، تُستخدم آليات ديناميكا الموائع الحسابية التقليدية (CFD)، وبعد التدريب، تُصبح الشبكة دالةً لإحداثيات المسألة ومعاملاتها، مُنتجةً قيمًا للسرعة والضغط ودرجة الحرارة دون الحاجة إلى عدد كبير من التكرارات. هذا يُتيح إجراء حسابات أسرع في المراحل الأولى من التصميم متعدد المتغيرات، وهو أمر بالغ الأهمية لصناعة الطيران والفضاء.
يُعنى المشروع حاليًا بإنشاء بيئة تدريبية للشبكات العصبية. ويستكشف العلماء بنىً مختلفة لتطبيقات التدفق الخارجي والداخلي وانتقال الحرارة. وقد أُعدّت عدة منشورات لمؤتمرات علمية وعملية، منها: المؤتمر العلمي والعملي الدولي الثامن «الطيران المدني: التاريخ والحداثة»، والمؤتمر العلمي والتقني الدولي الثامن عشر للشباب «الشباب. التكنولوجيا. الفضاء». كما قُدّمت مقالة محكمة إلى مجلة ذو هيئة اعتماد العليا (فاك)، ويجري حاليًا تقديم مقترح لحماية الملكية الفكرية استنادًا إلى تطوير شفرة برمجية لبيئة التعلم.
الأهم من ذلك، أن هذا التطوير موجهٌ لمهندسي الحوسبة العاديين، وليس للمبرمجين. ستكون الواجهة الرسومية مشابهة لحزم CFD القياسية؛ ولن تكون هناك حاجة إلى معرفة برمجة الشبكات العصبية لإجراء العمليات الحسابية. مع ذلك، سيتطلب تدريب النموذج على مهمة محددة كفاءات مناسبة. يلزم وجود محطات عمل قوية لتدريب الشبكة، على الرغم من أن جهاز كمبيوتر شخصي عادي سيكون كافيًا لإجراء الحسابات في نهاية المطاف.
يخطط المطورون مستقبلًا لاستكشاف تدفقات الموجات الصدمية المنفصلة ومتعددة الأطوار، بالإضافة إلى الديناميكا الهوائية الصوتية. كما يخططون لدمج شبكتي PINN وGAN العصبيتين، حيث ستولد إحداهما أشكالًا هندسية جديدة (مثل ملامح الأجنحة)، بينما ستقوم الأخرى بتقييم خصائص مختلفة بشكل فوري (مثل الديناميكا الهوائية)، مما يتيح إمكانية البحث الآلي الكامل عن الحلول المثلى.
«كما أكد رسلان بيشكوف، رئيس فريق البحث، قائلاً: سيكمن المستقبل في التعايش الهجين. ستوفر خوارزميات الشبكات العصبية تحليلاً متعدد المتغيرات، وستوفر الطرق العددية حسابات نهائية بدقة مضمونة، بالإضافة إلى حلول للمشاكل الفريدة المتعلقة بدراسة التأثيرات الفيزيائية الجديدة».
لذا، يُعدّ حلّ الشبكات العصبية القائم على PINN إضافةً واعدةً لأساليب ديناميكا الموائع الحسابية التقليدية، ولكنه ليس بديلاً كاملاً عنها، على الأقل في المستقبل القريب.
يُنفّذ هذا المشروع ضمن برنامج منح «خطوة نحو المستقبل» الذي يحمل اسم ف. ب. خريستينكو. يُقدّم هذا البرنامج دعمًا ماليًا سنويًا لبرنامج تطوير الجامعة في إطار برنامج «ألأولوية - 2030». تُقدّم المنح للبحوث المتقدمة، وتنمية الكفاءات، وتنفيذ برامج تعليمية فريدة (مكونات) تُساهم في تطوير جامعة جنوب الأورال الحكومية ومنطقة تشيليابينسك.