Δευτέρα, 25 Σεπτεμβρίου 2017

Μια πρωτοποριακή μέθοδος που προβλέπει ακραία συμβάντα. Technique spots warning signs of extreme events

Έλληνας ερευνητής ανέπτυξε αλγόριθμο πρόβλεψης ακραίων φυσικών γεγονότων. Engineers at MIT have devised a framework for identifying key patterns that precede an extreme event. Method may help predict hotspots of instability affecting climate, aircraft performance, and ocean circulation. Image: Jose-Luis Olivares/MIT

Έναν νέο αλγόριθμο υπολογιστή, που βοηθά στην πρόβλεψη των ακραίων γεγονότων κάθε είδους στη στεριά, στη θάλασσα και στον αέρα, ανέπτυξε έλληνας ερευνητής του Πανεπιστημίου ΜΙΤ των ΗΠΑ.

Πολλά ακραία συμβάντα φαίνεται να συμβαίνουν χωρίς καμία προειδοποίηση, είτε πρόκειται για ένα κύμα-τέρας που από το πουθενά εμφανίζεται στον ωκεανό για να καταπιεί ένα πλοίο, είτε για την απρόσμενη εξαφάνιση ενός είδους ζώου στη φύση, είτε για την ξαφνική δυσλειτουργία μιας μηχανής αεροπλάνου. Συχνά είναι αδύνατον να προβλεφθεί πότε ένα τέτοιο ξέσπασμα «αστάθειας» θα κάνει την εμφάνισή του, ιδίως στα πολύπλοκα συστήματα με πολλά αλληλεξαρτώμενα μέρη.

Themistoklis Sapsis seeks to understand, predict, and optimize complex engineering and environmental systems under extreme uncertainty.

Όμως, ο Θεμιστοκλής Σαψής, αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Μηχανολόγων και Ναυπηγών Μηχανικών του ΜΙΤ, μαζί με τον συνεργάτη του μεταδιδακτορικό ερευνητή Μοχαμάντ Φαραζμάντ, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Science Advances» [A variational approach to probing extreme events in turbulent dynamical systems], επινόησαν ένα τρόπο να εντοπίζουν εκ των προτέρων σημάδια-κλειδιά που προηγούνται ενός ακραίου γεγονότος.

Η τεχνική μπορεί να εφαρμοσθεί σε μια ευρεία γκάμα πολύπλοκων συστημάτων, τα οποία φαίνεται πως «εκπέμπουν» τα δικά τους προειδοποιητικά μηνύματα, αρκεί να μπορεί κάποιος να τα «ακούσει». Δεν είναι τυχαίο ότι η μελέτη του έλληνα μηχανικού ενδιαφέρει τις ένοπλες δυνάμεις των ΗΠΑ, γι’ αυτό χρηματοδοτείται από τα Γραφεία Ερευνών και των τριών Όπλων (Ναυτικού, Αεροπορίας και Στρατού).

«Σήμερα δεν υπάρχει καμία μέθοδος που να εξηγεί πότε θα συμβούν αυτά τα ακραία συμβάντα. Εφαρμόσαμε τη νέα μέθοδό μας σε χαοτικές ροές ρευστών, που είναι το «άγιο δισκοπότηρο» των ακραίων γεγονότων. Αν μπορούμε να προβλέψουμε αυτές, τότε ελπίζουμε ότι θα είμαστε σε θέση να εφαρμόσουμε κάποιες στρατηγικές ελέγχου για να αποφύγουμε αυτά τα ακραία συμβάντα» δήλωσε ο Σαψής.

Έως τώρα, οι προσπάθειες πρόβλεψης ακραίων γεγονότων βασίζονται στην επίλυση δυναμικών εξισώσεων με απίστευτα πολύπλοκους μαθηματικούς τύπους, προκειμένου να προβλεφθεί η εξέλιξη ενός πολύπλοκου δυναμικού συστήματος σε βάθος χρόνου. Όμως, σύμφωνα με τον δρα Σαψή, η φυσική αρκετών πολύπλοκων συστημάτων δεν έχει ακόμη κατανοηθεί επαρκώς και η μοντελοποίησή τους εμπεριέχει σοβαρά λάθη, συνεπώς οι αντίστοιχες μαθηματικές εξισώσεις δεν είναι ρεαλιστικές.

Αλλά, όπως λέει, ακόμη και στα συστήματα εκείνα όπου η φυσική τους κατανοείται επαρκώς, υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός αρχικών συνθηκών με τις οποίες μπορεί κανείς να τροφοδοτήσει τις σχετικές δυναμικές εξισώσεις, με συνέπεια να προκύπτει ένας εξίσου τεράστιος αριθμός πιθανών αποτελεσμάτων, πράγμα που καθιστά σχεδόν αδύνατη την πραγματική πρόβλεψη ενός ακραίου συμβάντος.

Όπως επισημαίνει ο έλληνας μηχανικός, «αν απλώς πάρουμε στα τυφλά τις εξισώσεις και αρχίσουμε να αναζητούμε αρχικές συνθήκες που θα εξελιχθούν σε ακραίες καταστάσεις, υπάρχει πολύ μεγάλη πιθανότητα ότι θα καταλήξουμε σε αρχικές καταστάσεις που είναι υπερβολικά εξωτικές, με άλλα λόγια ποτέ δεν πρόκειται να συμβούν στην πράξη. Συνεπώς οι εξισώσεις περιέχουν περισσότερα δεδομένα από ό,τι πράγματι χρειαζόμαστε».

Αλλά αν, εναλλακτικά, αφήσει κανείς στην άκρη τις εξισώσεις και προσπαθήσει να ψάξει μόνο στα δεδομένα του πραγματικού κόσμου για χαρακτηριστικά μοτίβα που θα προειδοποιούν για ένα επερχόμενο ακραίο γεγονός, όπως επισημαίνει, θα χρειαζόταν ένας τεράστιος όγκος δεδομένων σε πολύ μεγάλο βάθος χρόνου, ώστε να μπορέσει να εντοπίσει έγκαιρα κάποιο τέτοιο προειδοποιητικό σημάδι με κάποια βεβαιότητα.

Ο Σαψής δημιούργησε έναν αλγόριθμο υπολογιστή, που συνδυάζει τόσο τις εξισώσεις όσο και τα πραγματικά διαθέσιμα δεδομένα. Ο συνδυασμός αυτός βοηθά καλύτερα στην πρόβλεψη των ακραίων συμβάντων στον πραγματικό κόσμο.

Η δοκιμή του αλγόριθμου σε ένα μοντέλο προσομοίωσης της δυναμικής των χαοτικών ρευστών έδειξε ότι έχει την ικανότητα να προβλέπει ένα μελλοντικό ακραίο συμβάν στο 75% έως 99% των περιπτώσεων, ανάλογα με την πολυπλοκότητα του ρευστού. Τα χαοτικά ρευστά υπάρχουν σε πολλές μορφές γύρω μας, από τον καπνό του τσιγάρου και τη ροή του αέρα γύρω από μια μηχανή αεροπλάνου έως την κυκλοφορία του αέρα στην ατμόσφαιρα, τα ρεύματα του νερού στους ωκεανούς ή την κυκλοφορία του αίματος στο σώμα.

MIT Department of Mechanical Engineering Assistant Professor Themistoklis Sapsis. Photo: David Sella

Ο Θ. Σαψής αποφοίτησε από τη Σχολή Ναυπηγών Μηχανικών του ΕΜΠ το 2005 και πήρε το διδακτορικό του από το Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του ΜΙΤ το 2011, όπου διεξήγαγε και μεταδιδακτορική έρευνα. Από το 2016 είναι αναπληρωτής καθηγητής στο ίδιο Τμήμα του ΜΙΤ.

Πηγές: news.in.gr  news.mit.edu

ESA: 100 άνθρωποι θα ζουν στο φεγγάρι έως το 2040. 100 people could live on the Moon by 2040

Σχέδιο της αποικίας που θα δημιουργηθεί στην Σελήνη. Could future generations grow up on the Moon? Image Credit: YouTube / ESA

Οι πρώτοι κάτοικοι της Σελήνης, κυρίως επιστήμονες, μηχανικοί και τεχνικοί, θα παράγουν σε τρισδιάστατους εκτυπωτές τα σπίτια και τα εργαλεία τους, θα λιώνουν σεληνιακούς πάγους για να πιουν νερό, θα τρώνε λαχανικά που θα καλλιεργούν σε σεληνιακά θερμοκήπια και θα διασκεδάζουν με νέα «ιπτάμενα» σπορ χάρη στη μειωμένη βαρύτητα του δορυφόρου της Γης.

Αυτό το όραμα – που δεν σκοπεύει να παραμείνει όραμα- παρουσίασε στο Ευρωπαϊκό Συνέδριο Πλανητικής Επιστήμης στη Ρίγα της Λετονίας ο γάλλος επιστήμονας Μπερνάρ Φοένγκ του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA), ο οποίος, σύμφωνα με το Γαλλικό Πρακτορείο Ειδήσεων, έχει αναλάβει το ρόλο του λεγόμενου «πρέσβη» του Σεληνιακού Χωριού.

Οι ανακοινώσεις του Φοένγκ στη Ρίγα στόχευαν κυρίως σε όσους περιγελούν την όλη ιδέα, θεωρώντας ότι δεν αποτελεί κάτι περισσότερο από επιστημονική φαντασία και μάλιστα σε ένα τόσο σύντομο χρονικό ορίζοντα. Όμως, ο «πρέσβης» τόνισε ότι το σχέδιο είναι και λογικό και εφικτό, δίνοντας στην ανθρωπότητα τη δυνατότητα να επεκταθεί μόνιμα ση Σελήνη.

Ο επικεφαλής της ESA Γιαν Βέρνερ υποστηρίζει ότι όταν ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός (ISS) τεθεί εκτός λειτουργίας, πιθανώς το 2024, θα πρέπει να αντικατασταθεί από μία μόνιμη σεληνιακή αποικία. Κάτι τέτοιο θεωρεί ότι μπορεί να γίνει -όπως και στην περίπτωση του ISS- με διεθνή διαστημική συνεργασία από πολλά κράτη, αυτή τη φορά πιθανώς και με τη συμμετοχή του ιδιωτικού τομέα, ο οποίος θα μπορέσει να βρει κερδοφόρες ευκαιρίες στη Σελήνη.

Επιστήμονες και επιχειρηματίες βλέπουν θετικά την ιδέα, αλλά προς το παρόν δεν έχουν «τσιμπήσει» οι πολιτικοί, οι χώρες των οποίων θα πρέπει να βάλουν βαθιά το χέρι στην τσέπη για να χρηματοδοτήσουν το φιλόδοξο σχέδιο.

Almost 50 years since man first walked on the lunar surface, the head of the European Space Agency explains his vision for living and working on the Moon. Johann-Dietrich Woerner believes the next giant leap for humankind could be an international collaboration of space faring nations in the form of a Moon village. This village would be a permanent lunar base for science, business, tourism or even mining. Woerner explains how using the Moon’s own natural resources could help build and sustain a base by 3D printing a structure or building element. Robotic rovers could inflate protective domes for astronauts. He also discusses the potential hazards of living on the Moon as well as the possible locations of the lunar base and the advantages of a new global space project. Credit: ESA

Το δέλεαρ θα μπορούσαν να είναι οι πρώτες ύλες στη Σελήνη, όπως ο ηφαιστειακής προέλευσης βασάλτης (που θα μπορούσε να είναι η πρώτη ύλη για δορυφόρους που θα εκτοξεύονται από το φεγγάρι), το σπάνιο στη Γη αλλά άφθονο στο φεγγάρι ήλιο-3 (από όπου θα μπορούσε θεωρητικά να παραχθεί καθαρότερη και ασφαλέστερη πυρηνική ενέργεια), το οξυγόνο και το υδρογόνο από τη διάσπαση του σεληνιακού νερού (δύο αέρια που εκρήγνυνται αν αναμιχθούν και άρα μπορούν να είναι η πρώτη ύλη για πυραυλικά καύσιμα) κ.α.

Η μη επανδρωμένη (ρομποτική) εξερεύνηση του φεγγαριού ήδη προχωρά, με αρκετές διαστημοσυσκευές και οχήματα τύπου ρόβερ να ετοιμάζονται για προσελήνωση τα επόμενα χρόνια.

The 1969-72 Apollo landings left us with an image of a lunar environment that was hostile and sterile. But scientists today says there is bounty in the Moon that can be unlocked with advanced technology, opening the way to a permanent human colony.

Όμως το μεγάλο στοίχημα θα είναι οι επανδρωμένες αποστολές και αυτή τη φορά, όχι πρόσκαιρες όπως οι αμερικανικές του προγράμματος «Απόλλων» πριν από δεκαετίες. Ορισμένοι μάλιστα, φοβούμενοι μια ανεξέλεγκτη κλιματική αλλαγή ή έναν πυρηνικό πόλεμο στη Γη στο μέλλον, θεωρούν τη δημιουργία βάσης ή χωριού στη Σελήνη μια αναγκαία δικλείδα ασφαλείας για την ανθρωπότητα.

Όμως, όπως έδειξε η προσωπική εμπειρία των περισσοτέρων ανθρώπων που έζησαν σε προσομοιώσεις σεληνιακών ή αρειανών εγκαταστάσεων στη Γη, τα πράγματα δεν θα είναι καθόλου εύκολα, είτε ζουν μέσα στις εγκαταστάσεις τους, είτε βγαίνουν έξω με τις διαστημικές στολές τους. Αλλά κάθε αρχή και δύσκολη, αντιτείνουν οι πιο αισιόδοξοι.

Όσο για το κόστος του ταξιδιού στη Σελήνη, όπως είπε ο Φοένγκ, «η τιμή του ‘εισιτηρίου’ σήμερα είναι της τάξης των 100 εκατομμυρίων ευρώ, αλλά σε 20 χρόνια μπορεί να είναι 100 φορές πιο φθηνό». Βέβαια, αυτό σημαίνει 100.000 ευρώ, οπότε δεν είναι και τσάμπα…