Studerende udvikler spilteknologi til miljøvidenskabelig forskning

En ph.d. studerende ved University of Manchester har udviklet en ny metode og software til at bruge computerspilsteknologi til komplekse videnskabelige og tekniske simuleringer.

Kraftige grafikkort, også kendt som grafiske behandlingsenheder (GPU'er), bruges normalt til at skabe ultrahurtigt gameplay og realistiske billeder til spillekonsoller, personlige computere, og bærbare computere. Men for nylig, GPU'en er dukket op som en teknologi til at accelerere videnskabelige simuleringer, kører nogle programmer over 100 gange hurtigere end konventionelle computere.

Ved at bruge denne teknologi, Alex Chow, fra Mekanikerskolen, Luftfart og anlægsteknik, skaber nu storstilede simuleringer af 'voldelige væskestrømme', herunder kraftige havbølger, der styrter mod havvindmøller for at forudsige deres potentielle påvirkningskræfter på strukturerne.

At skabe komplekse og præcise computersimuleringer foregår normalt på en såkaldt 'supercomputer'. I stedet for at være en individuel maskine, en supercomputer består faktisk af hundredvis af centrale behandlingsenheder (CPU'er) forbundet med op til tusindvis af computerkerner. Sådanne kraftige computere er nødvendige, fordi disse store simuleringer har milliarder af beregninger og millioner af datapunkter.

Den slags maskiner, selvom ekstremt kraftfulde er meget dyre, med selv små klynger, der spænder fra hundredtusindvis af pund til millioner af pund. De bruger også store mængder energi og er kun tilgængelige for et lille antal forskere og videnskabsmænd.

Fordelen ved at bruge en grafisk behandlingsenhed (GPU'er) er, at de er meget billigere og energieffektive sammenlignet med sædvanlige supercomputere, der er nødvendige for at lave så komplekse simuleringer. Nogle GPU'er er kompakte nok til at passe i en bærbar computer, hvorimod supercomputere kan kræve et helt rum eller dedikeret facilitet.

Alex har udviklet en computersoftware fra open source-koden "DualSPHysics" til den videnskabelige simuleringsmetode "Incompressible smoothed particle hydrodynamics (ISPH)" til at køre på en GPU til simulering af kompleks, voldsomme hydrodynamiske (vand) strømme. Den nye kode er i stand til at beregne millioner af datapunkter på en enkelt enhed til rigtige 3-D-ingeniørapplikationer. En nøgleudfordring, Alex har haft brug for at overvinde i forskningen, er kravet om at løse matematiske systemer af millioner af simultane ligninger, som konstant ændrer sig gennem en simulering.

Han siger:"Brug af denne form for teknologi reducerer omkostningerne ved komplekse videnskabelige simuleringer fra hundredtusindvis af pund til blot et par tusinde. En fordel er, at de fleste forskere og små ingeniørvirksomheder har råd til en relativt kraftig bærbar eller computer med en kvalitets-GPU, så den gør denne form for simulering og forskning endnu mere tilgængelig."

Storbritannien genererer mere elektricitet fra havvind end noget andet land i verden, og omkring 5 procent af den årlige elektriske energi kommer fra sektoren. Dette forventes at vokse til 10 procent i 2020, og det vokser hurtigt på globalt plan.

Når vi taler om hans projekt, Chow tilføjede:"Mængden af ​​energi produceret fra offshore-miljøer stiger, efterhånden som verden forsøger at opfylde verdens energimål, men havmiljøet kan være meget voldsomt og barskt, så det er en vanskelig opgave at designe strukturer til disse miljøer effektivt. At bruge fysiske eksperimenter kan være ekstremt upraktisk og ikke repræsentativt for problemet. Disse simuleringer giver ingeniører og forskere mulighed for at træffe vigtige beslutninger om designet af en struktur uden at skulle investere i webstedsbesøg og dyre eksperimenter."