كيف يعمل الذكاء الاصطناعي الديناميكي الهوائي الخاص بـ Neural Concept على تشكيل صيغة 1

انها طويلة الطريق من الدراجات ذات الدواسات إلى الفورمولا 1. لكن هذه هي بالضبط القفزة الكمية التي حققتها شركة Neural Concept الناشئة القائمة على الذكاء الاصطناعي ومؤسسها المشارك ومديرها التنفيذي، بيير باكيه، في ست سنوات فقط.

وفي عام 2018، ساعد برنامج الشركة الوليد في تطوير الدراجة الأكثر ديناميكية هوائية في العالم. واليوم، تستخدم أربعة فرق من أصل 10 في الفورمولا 1 تطورًا لتلك التكنولوجيا نفسها.

على طول الطريق، أبرمت شركة Baqué عقودًا مع موردي الطيران مثل Airbus وSafran، وحصلت على زيادة قدرها 9.1 مليون دولار في السلسلة A في عام 2022. وتعمل شركة Neural Concept التي يقع مقرها في سويسرا حاليًا، والتي تضم 50 موظفًا، على جولة من السلسلة B بينما تساعد برمجياتها في بطولة F1 التاريخية. تجد فرق مثل Williams Racing طريقها إلى قمة الشكل الأول لرياضة السيارات في العالم.

ومع ذلك، حيث تعتمد سيارات الفورمولا 1 على محركات V6 هجينة بقوة 1000 حصان، كان أول تطبيق عملي لهذه التكنولوجيا لباكيه هو استخدام الطاقة البشرية.

السلطة دواسة

في عام 2018، كان باكي يدرس في مختبر الرؤية الحاسوبية التابع لمدرسة البوليتكنيك الفيدرالية في لوزان، حيث كان يعمل على تطبيق تقنيات التعلم الآلي على المشكلات ثلاثية الأبعاد.

وقال باكيه: “لقد تواصلت مع هذا الرجل الذي كان يقود هذا الفريق، وكان يصمم الجيل السادس أو السابع من الدراجات، وكان هدفهم هو تحطيم الرقم القياسي العالمي لسرعة الدراجات”. كان ذلك الرجل هو Guillaume DeFrance، وكان الفريق هو IUT Annecy من جامعة Savoie Mont Blanc. لقد مر فريق الدراجات بالفعل بستة تكرارات لتصميمات الدراجات.

وقال باكيه: “بعد يومين، عدت إليه بشكل يشبه تقريباً صاحب الرقم القياسي العالمي الحالي”. أعجب الفريق، وطلب المزيد من التكرارات. وكانت النتيجة، بحسب باكيه، “الدراجة الأكثر ديناميكية هوائية في العالم في الوقت الحالي”.

هذا بيان قوي، لكنه مدعوم بالعديد من الأرقام القياسية العالمية التي تم تحقيقها في عام 2019. نحن لا نتحدث عن الأنابيب السفلية على شكل انسيابي أو الحواف المدملة لتقليل السحب. هذه الدراجة مغطاة بالكامل، حيث يتعرق راكب الدراجة في شرنقة مركبة، محمية تمامًا من الرياح.

التكنولوجيا الأساسية هي منتج يسمى Neural Concept Shape، أو NCS. إنه نظام قائم على التعلم الآلي ويقدم اقتراحات وتوصيات ديناميكية هوائية. وهو يتناسب مع المجال الواسع لديناميكيات الموائع الحسابية (CFD)، حيث يستخدم المهندسون المدربون تدريبًا عاليًا مجموعات البرامج المتقدمة لتشغيل عمليات محاكاة ديناميكية هوائية ثلاثية الأبعاد.

تعد عقود الفروقات أسرع بكثير من نحت النماذج المادية وإلقائها في أنفاق الرياح. ومع ذلك، فهي أيضًا تعتمد على النظام بشكل كبير وتعتمد إلى حد كبير على اتخاذ البشر لقرارات جيدة.

في جوهره، يساعد NCS المهندسين على تجنب المخاطر الديناميكية الهوائية المحتملة بينما يدفعهم إلى اتجاهات ربما لم يفكروا فيها. في “وضع الطيار المساعد”، يمكن للمهندس تحميل شكل ثلاثي الأبعاد موجود، وتوفير نقطة بداية، على سبيل المثال.

ستقوم NCS بعد ذلك بالبحث في شبكتها العصبية لاقتراح تحسينات أو تعديلات، والمسارات المحتملة في لعبة ثلاثية الأبعاد اختر مغامرتك الخاصة. بعد ذلك، يختار المهندس البشري الاقتراحات الواعدة ويخضعها لمزيد من الاختبارات والتحسينات، مكررًا طريقه إلى المجد الديناميكي الهوائي.

ليس فقط “خداع الريح”

إن NCS مفيد ليس فقط للسباقات ولكن أيضًا في صناعات السيارات والفضاء. وقال باكيه عن العمل في صناعة الطيران المحافظة إلى حد ما: “إن الطريق إلى التبني على نطاق واسع في هذه الأنواع من الشركات بطيء”. “وبهذه الطريقة بدأنا العمل بشكل أكبر مع صناعة السيارات، حيث تكون الاحتياجات أكثر إلحاحًا، وسوف تتغير بسرعة.”

حصلت شركة Neural Concept على عقود مع العديد من الموردين العالميين، بما في ذلك Bosch وMahle. أصبحت الديناميكيات الهوائية أمرًا أساسيًا بشكل متزايد في عالم السيارات، حيث يبحث المصنعون عن المزيد من السيارات الديناميكية الهوائية التي توفر أكبر نطاق ممكن من حزمة بطارية ذات حجم معين.

ولكن الأمر لا يتعلق فقط بخداع الريح. يتم استخدام NCS أيضًا في تطوير أشياء مثل لوحات تبريد البطارية التي، إذا أصبحت أكثر كفاءة، يمكنها الحفاظ على البطارية في درجة حرارتها المثالية دون استنزاف الكثير من الطاقة في هذه العملية. وقال باكيه: “هناك مكاسب هائلة يمكن تحقيقها”، وهو ما يعني نطاقاً أوسع.

في حين أن أرض الاختبار النهائية لهذه التقنيات هي دائمًا الطريق، فإن المختبر النهائي هو الفورمولا 1. وهي ظاهرة عالمية في رياضة السيارات منذ عام 1950، وتشهد الفورمولا 1 حاليًا موجة غير مسبوقة من الشعبية.

قوة نتفليكس

جلبت سلسلة Netflix “Formula 1: Drive to Survive” إثارة الفورمولا 1 إلى جمهور جديد تمامًا. وبينما تركز هذه السلسلة على السياسة والدراما بين الفرق، فإن النجاح على المضمار له علاقة أكبر بالديناميكا الهوائية. وهنا يأتي دور المفاهيم العصبية.

بدأ Baqué بمشاهدة Formula 1 قبل أن يكون Netflix مجرد وميض في عين Reed Hastings. “كنت أشاهدها دائمًا، منذ زمن ديفيد كولتارد ومايكل شوماخر.”

واليوم، تعمل الأجزاء التي تم تطويرها بمساعدة برامج شركته في قمة رياضة السيارات العالمية. قال باكيه: “إنه شعور عظيم جدًا بالإنجاز”. “عندما بدأت الشركة، كنت أعتبر هذا علامة بارزة. ليس فقط الفورمولا 1، ولكن فقط الحصول على الأجزاء التي تم تصميمها باستخدام البرنامج على الطريق. ونعم، في كل مرة يحدث فيها هذا، يكون شعورًا رائعًا ورائعًا.

الفورمولا 1 هي أيضًا رياضة سرية للغاية. من بين الفرق الأربعة التي تعمل معها شركة Neural Concept، كان فريق واحد فقط على استعداد لأن يتم تعريفه كعميل، وحتى أنه كان ملتزمًا الصمت بشأن العملية برمتها.

يعد فريق ويليامز ريسينغ واحدًا من أكثر الفرق شهرة في الفورمولا 1. تأسس عام 1977 على يد أسطورة السباقات فرانك ويليامز، وكان فريقه مهيمنًا للغاية في التسعينيات لدرجة أنه فاز بخمس بطولات عالمية للصانعين، بما في ذلك ثلاث بطولات متتالية من عام 1992 إلى عام 1994.

ولكن كما هو الحال في معظم الألعاب الرياضية، فإن النجاح دوري بالنسبة لفرق الفورمولا 1، وفي الوقت الحالي، فإن ويليامز في مرحلة إعادة البناء. وأنهى الفريق موسم 2022 في المركز الأخير، وارتفع إلى المركز السابع فقط العام الماضي.

تعد NCS إحدى الأدوات التي تساعد ويليامز على استعادة قدرتها التنافسية. “نحن نستخدم هذه التكنولوجيا بطرق مختلفة، بعضها يعمل على تحسين المحاكاة لدينا، والطرق الأخرى التي نعمل عليها ستساعد في تحقيق نتائج أفضل لأول مرة في عقود الفروقات”، قال رئيس قسم التكنولوجيا الديناميكية الهوائية في ويليامز، هاري روبرتس.

مرة أخرى، تستغرق عمليات محاكاة عقود الفروقات وقتًا طويلاً ومكلفة، وهو وضع يتفاقم بسبب لوائح الفورمولا 1 التي تحد من قدرة الفريق على الاختبار. الوقت الفعلي في نفق الرياح مقيد بشدة، في حين أن كل فريق لديه أيضًا ميزانية محدودة لحساب الوقت الذي يمكنهم استخدامه لتطوير سياراتهم.

إن أي أداة يمكن أن تساعد الفريق في وضع تصميماته الديناميكية الهوائية بسرعة هي ميزة محتملة، كما أن NCS سريع جدًا بالفعل. قدر باكيه أن محاكاة عقود الفروقات الكاملة التي تستغرق عادةً ساعة واحدة ستستغرق ما يصل إلى 20 ثانية عبر NCS.

وبما أن NCS لا تقوم بإجراء حسابات فعلية قائمة على الفيزياء ولكنها تقوم بتخمينات تعتمد على الذكاء الاصطناعي بناءً على شبكتها من التعلم الديناميكي الهوائي، فهي معفاة إلى حد كبير من القيود الصارمة التي تفرضها الفورمولا 1. وقال روبرتس: “أي شيء يمكننا القيام به يتيح لنا استخلاص المزيد من المعرفة وبالتالي المزيد من الأداء من كل عقد مقابل الفروقات ونفق الرياح يمنحنا ميزة تنافسية”.

لكن لا يزال يتعين على الفرق أن تدفع ثمنها. قال باكيه إن تكاليف NCS تختلف اعتمادًا على حجم الفريق ونوع الوصول، ولكنها عادةً ما تتراوح بين 100000 إلى 1 مليون يورو سنويًا. وبالنظر إلى أن فرق الفورمولا 1 تعمل أيضًا ضمن حد أقصى للتكاليف السنوية يبلغ 135 مليون دولار، فهذا التزام كبير.

لم يكن روبرتس ويليامز على استعداد للإشارة إلى أي أجزاء محددة أو تحسينات في وقت الدورة بفضل برنامج NCS لكنه قال إن ذلك أثر على أداء سيارتهم: “تُستخدم هذه التكنولوجيا كجزء من مجموعة أدواتنا لتطوير السيارة من الناحية الديناميكية الهوائية. لذلك، لا يمكننا أن نعزو وقت الدورة مباشرة إليه، لكننا نعلم أنه يساعدنا في الارتباط والسرعة التي يمكننا من خلالها التحقيق في الظروف الديناميكية الهوائية الجديدة.

أبعد من الديناميكا الهوائية

لن تتوقف مسيرة الذكاء الاصطناعي المتواصلة عند هذا الحد. هناك حديث عن عوامل اصطناعية على جدار الحفرة تستدعي اللقطات الخاصة بإستراتيجية السباق وحتى إعدادات السيارة.

قال روبرتس: “إنه وقت رائع حيث أن النمو في صناعة الذكاء الاصطناعي/التعلم الآلي كبير جدًا”. “ومع ذلك، فهو أيضًا تحدي حقيقي يواجه أي شخص يعمل في مجال التكنولوجيا اليوم. ما هي الأدوات الجديدة التي نخصص وقتًا لاستكشافها وتطويرها واعتمادها؟

ليس هذا هو نوع التشويق الذي سيأسر المشاهد العادي لمسلسل “Drive to Survive”، ولكن بالنسبة للعديد من محبي الفورمولا 1، فإن السباق وراء السباق هو المصدر النهائي للدراما.

أما بالنسبة إلى Neural Concept، فإن الشركة تواصل التوغل بشكل أعمق في الجانب غير المتعلق برياضة السيارات من صناعة السيارات، وتعمل على تطوير محركات كهربائية أكثر كفاءة، وتحسين التدفئة والتبريد في المقصورة، وحتى الدخول في اختبارات التصادم.

وقال باكيه إن برامج الشركة يمكن أن تساعد المهندسين على تحسين قدرة السيارة على التصادم مع التخلص من الوزن غير الضروري. لكن في الوقت الحالي، لا تستطيع الشركة إجراء عمليات محاكاة التصادم إلا على المكونات الفردية، وليس على السيارات بأكملها. وقال: “هذا أحد التطبيقات القليلة التي وصلنا فيها إلى حدود الأداء”.

ربما تطبيق آخر ل منصات الحوسبة الفائقة المزدهرة للذكاء الاصطناعي في الاتحاد الأوروبي؟