Ученые Московского авиационного института разрабатывают интеллектуальную систему волновой диагностики композитных материалов. Как сообщила пресс-служба вуза порталу Наука Mail, в ее основе — пропускание через изделие специальных волн, в том числе ультразвуковых. Датчики фиксируют отклики разных частей материала, а искусственный интеллект анализирует данные, сопоставляя их с расчетной моделью. Так система определяет, соответствует ли материал заявленным требованиям и нет ли в нем скрытых отклонений. В авиации метод будет полезен при контроле качества новых деталей, мониторинге состояния в процессе эксплуатации, раннего выявления неблагоприятных изменений и повышения достоверности расчетных моделей.
Если свойства материала точно известны, рассчитать поведение конструкции можно традиционными методами. Но в реальных условиях характеристики материала нередко отличаются от расчетных, а результаты измерений могут быть неполными и искаженными. Тогда возникает обратная задача: имея на руках неидеальные данные восстановить параметры материала и оценить состояние конструкции. Мы разрабатываем подход, который объединяет уравнения механики и искусственный интеллект и позволяет выполнять такой анализ быстрее и надежнее.
Над проектом работают на кафедре 902 МАИ («Сопротивление материалов, динамика и прочность машин») под руководством профессора Григория Федотенкова. Ученые используют особые алгоритмы с искусственным интеллектом — физически информированные нейронные сети и нейронные операторы. Их особенность в том, что они учитывают не только данные из экспериментов, но и основные законы механики: в модель сразу включают нужные формулы. Благодаря этому система дает надежные результаты — даже если данные неполные или немного искажены.
Сейчас ученые строят математические модели, чтобы понять, как волны ведут себя внутри конструкции: как они движутся, усиливаются или ослабевают, огибают разные неровности и накладываются друг на друга. Эти модели потом лягут в основу специальной установки для проверки материалов.
Сама установка будет включать несколько частей: устройство, которое создает волны, датчики, чтобы улавливать отклик детали, блок для сбора и первичной обработки сигналов и вычислительный модуль с искусственным интеллектом. ИИ будет сравнивать полученные данные с расчетной моделью. Так по характеру отклика можно будет узнать свойства материала, проверить деталь на дефекты и оценить, сколько еще она прослужит.
В будущем такой подход поможет создавать «умные» цифровые копии конструкций и следить за их состоянием в режиме реального времени.
Речь идет не просто о виртуальной копии изделия, которая периодически уточняется по данным эксплуатации, а о динамической модели, способной быстро обновляться по новым измерениям, учитывать текущие нагрузки и помогать в оценке состояния конструкции. Кроме того, наш ИИ сможет постепенно дообучаться на эксплуатационных данных. В перспективе это позволит создать самоадаптирующуюся модель: по мере накопления информации она будет уточнять прогнозы и все лучше отражать фактическое состояние изделия.
Пока ученые тестируют методику на простых образцах с однородной структурой, после чего планируют адаптировать ее для конструкций из композита, где материал может иметь различную структуру в разных зонах и разные свойства вдоль и поперек волокон. Также в планах отработка метода при неполных и искаженных данных и сокращение времени анализа. Как отмечают разработчики, в перспективе разработка может быть полезна не только в авиации, но и в энергетике, транспортном машиностроении, судостроении и строительстве — везде, где требуется быстро оценивать состояние материалов и конструкций.
Проект реализуется в рамках объявленного президентом России Десятилетия науки и технологий.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что разработка МАИ находит потерянные спутники с погрешностью 33 см.