複雑な工学的問題をスパコンよりも速く解決する新しい AI (New AI cracks complex engineering problems faster than supercomputers)

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2024-12-09 アメリカ合衆国・ジョンズ・ホプキンズ大学

ジョンズ・ホプキンス大学の研究チームは、複雑な工学問題を従来のスーパーコンピュータよりも高速に解決する新しいAIフレームワーク「DIMON(Diffeomorphic Mapping Operator Learning)」を開発しました。この技術は、部分微分方程式を迅速に解くことで、車両の衝突時の変形や宇宙船の極限環境での反応、橋梁の応力耐性などのシミュレーションを、個人用コンピュータ上で数千倍の速度で実行可能にします。特に、患者の心臓の「デジタルツイン」を用いた試験では、各心臓形状における電気信号の伝播を高精度で予測し、心臓疾患の診断と治療計画の迅速化に寄与することが示されました。

<関連情報>

偏微分方程式の形状依存解演算子を学習するスケーラブルなフレームワーク A scalable framework for learning the geometry-dependent solution operators of partial differential equations

Minglang Yin,Nicolas Charon,Ryan Brody,Lu Lu,Natalia Trayanova & Mauro Maggioni
Nature Computational Science  Published:09 December 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s43588-024-00732-2

複雑な工学的問題をスパコンよりも速く解決する新しい AI (New AI cracks complex engineering problems faster than supercomputers)

Abstract

Solving partial differential equations (PDEs) using numerical methods is a ubiquitous task in engineering and medicine. However, the computational costs can be prohibitively high when many-query evaluations of PDE solutions on multiple geometries are needed. Here we aim to address this challenge by introducing Diffeomorphic Mapping Operator Learning (DIMON), a generic artificial intelligence framework that learns geometry-dependent solution operators of different types of PDE on a variety of geometries. We present several examples to demonstrate the performance, efficiency and scalability of the framework in learning both static and time-dependent PDEs on parameterized and non-parameterized domains; these include solving the Laplace equations, reaction–diffusion equations and a system of multiscale PDEs that characterize the electrical propagation on thousands of personalized heart digital twins. DIMON can reduce the computational costs of solution approximations on multiple geometries from hours to seconds with substantially less computational resources.

1601コンピュータ工学
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