乱流の低次元流体力学のデータ駆動発見(Data discovery of low dimensional fluid dynamics of turbulent flows)

田中専務

拓海先生、最近部下が『論文で低次元の流れをデータから見つければ解析が早くなる』って言うんですが、正直ピンと来ません。要するに何が変わるんでしょうか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!大丈夫、一緒に整理すれば必ず分かりますよ。要点は三つで、データを縮めること、縮めた空間で法則を探すこと、そしてその法則が現場で使えるか検証すること、ですよ。

田中専務

なるほど。ところで『縮める』って、Excelの行や列を減らす感じですか。それとも別物ですか。現場に導入しても効果が見えないと投資は通りません。

AIメンター拓海

いい比喩ですね。Excelの不要な列を切ると計算が速くなるのと同じです。ここではAutoencoderという道具で高次元データを『重要な要素だけ』残して縮めるんです。現場で速く予測・制御できれば投資回収が見えますよ。

田中専務

Autoencoder?聞き慣れない言葉です。専門用語は苦手なので、イメージで教えて下さい。それと『法則を探す』というのは、数学の難しい方程式をそのまま出すということですか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!Autoencoderは映像を小さなファイルに圧縮し、元に戻す仕組みのようなものです。ここでは重要な動きだけを圧縮して、その圧縮空間で法則(支配方程式)を探すんですよ。

田中専務

それなら応用のイメージは湧きます。でも、縮めると大事な情報まで落としそうで不安です。これって要するに低次元で流れの法則を見つけられるということ?

AIメンター拓海

はい、要するにその通りですよ。ただし一工夫あります。Autoencoderだけだと縮めた空間が不安定なので、Proper Orthogonal Decomposition(POD、固有直交分解)で安定性を補強します。安定した低次元空間で、Sparse Regression(スパース回帰)を使って必要最小限の項だけ選びます。

田中専務

専門用語が続きますね…。PODとスパース回帰を組み合わせるのがこの研究の肝なんですね。導入コストと現場適用のバランスが気になりますが、どのくらいのデータと人手が要りますか。

AIメンター拓海

良い問いです。要点は三つで説明します。第一に初期は十分なシミュレーションや計測データが必要です。第二にモデル化は自動化できますが、現場での検証と調整には流体の専門家が一人は必要です。第三に一度安定した低次元モデルができれば、その後の運用コストは大幅に下がりますよ。

田中専務

分かりました。最後にもう一つだけ。これを我が社のラインに入れたら、要するにどんな価値が得られるか、私の言葉でまとめてみますので聞いてください。

AIメンター拓海

ぜひお願いします。大丈夫、できることは必ず一緒に整理できますよ。

田中専務

要するに、複雑な流れのデータを要点だけに圧縮して、そこに成り立つ簡潔な数式を見つければ、速く、安く、現場で使える予測や制御ができるということですね。これなら現場説明もできそうです。

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