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偏微分方程式の機械学習手法概説(Physics Informed Neural NetworksからDeep Operator Learningまで) — An Overview on Machine Learning Methods for Partial Differential Equations: from Physics Informed Neural Networks to Deep Operator Learning

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田中専務

拓海先生、最近若手から「偏微分方程式にAIを使えるらしい」と聞きまして。うちの現場で役立つものか、まずは全体像を教えてくださいませんか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!偏微分方程式は物理や製造現場で現れる振る舞いの数式化です。最近はPhysics-informed neural networks (PINNs)(物理情報を組み込んだニューラルネットワーク)やDeep operator learning (DeepONet)(演算子を学ぶ深層学習)が注目され、実務での近似や推定に使えるんです。

田中専務

要するに現場での流体の流れや熱の伝わり方をAIで近似できると。だが、投資対効果が気になります。開発にどれくらい人も費用もかかるのでしょうか。

AIメンター拓海

大丈夫、一緒に考えましょう。要点は3つです。1つ目、既存の数値シミュレーションを補完することで計算時間やセンサ投資を節約できること。2つ目、データがあればモデルの学習は比較的短期間で可能なこと。3つ目、初期は小さなパイロットで価値を検証し、段階的に導入する設計が現実的であることです。

田中専務

パイロットから段階的にという点は経営的にも納得です。ただ、現場データが十分でない場合はどうするのですか。うちの工場はセンサが古くて欠損もあります。

AIメンター拓海

良い質問ですね。ここで役立つのがPhysics-informed neural networks (PINNs)です。簡単に言えば、観測データが少なくても、物理の式を

監修者

阪上雅昭(SAKAGAMI Masa-aki)
京都大学 人間・環境学研究科 名誉教授

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