Inteligjenca artificiale gjen formulën se si të parashikohen valët e përbindëshave duke përdorur të dhëna 700 vjeçare

Një mit i konsideruar prej kohësh, valët mashtruese jashtëzakonisht të mëdha janë shumë reale dhe mund të ndajnë anijet dhe madje të dëmtojnë platformat e naftës. Duke përdorur të dhëna valore prej 700 vjetësh nga më shumë se një miliardë valë, shkencëtarët në Universitetin e Kopenhagës dhe Universitetin e Victoria kanë përdorur inteligjencën artificiale për të gjetur një formulë se si të parashikohet shfaqja e këtyre përbindëshave detarë. Njohuritë e reja mund ta bëjnë transportin më të sigurt.

Tregimet rreth valëve të përbindëshit , të quajtura valë mashtruese, kanë qenë dije e marinarëve për shekuj. Por kur një valë mashtruese 26 metra e lartë u përplas në platformën norvegjeze të naftës Draupner në 1995, instrumentet dixhitale ishin aty për të kapur dhe matur përbindëshin e Detit të Veriut. Ishte hera e parë që një mashtrues ishte matur dhe ka ofruar prova shkencore se valët anormale të oqeanit ekzistojnë vërtet.

Që atëherë, këto valë ekstreme kanë qenë objekt i shumë studimeve. Dhe tani, studiuesit nga Instituti Niels Bohr i Universitetit të Kopenhagës kanë përdorur metoda të AI për të zbuluar një model matematikor që ofron një recetë se si – dhe jo më pak se kur – mund të ndodhin valët mashtruese.

Me ndihmën e sasive të mëdha të të dhënave të mëdha rreth lëvizjeve të oqeanit, studiuesit mund të parashikojnë gjasat për t’u goditur nga një valë përbindëshi në det në çdo kohë të caktuar.

“Në thelb, është thjesht një fat i keq kur godet një nga këto valë gjigante. Ato shkaktohen nga një kombinim i shumë faktorëve që, deri më tani, nuk janë kombinuar në një vlerësim të vetëm rreziku. Në studim, ne hartuam variablat shkakësore. që krijojnë valë mashtruese dhe përdorën inteligjencën artificiale për t’i mbledhur ato në një model që mund të llogarisë probabilitetin e formimit të valëve mashtruese”, thotë Dion Häfner.

Häfner është një ish-Ph.D. student në Institutin Niels Bohr dhe autori i parë i studimit shkencor, i cili është botuar në revistën Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ).

Në modelin e tyre, studiuesit kombinuan të dhënat e disponueshme mbi lëvizjet e oqeanit dhe gjendjen e detit, si dhe thellësitë e ujit dhe informacionin batimometrik. Më e rëndësishmja, të dhënat e valëve u mblodhën nga bova në 158 vende të ndryshme rreth brigjeve të SHBA dhe territoreve jashtë shtetit që mbledhin të dhëna 24 orë në ditë. Kur kombinohen, këto të dhëna – nga më shumë se një miliardë valë – përmbajnë informacione me vlerë 700 vjeçare të lartësisë së valës dhe gjendjes së detit.

Studiuesit analizuan shumë lloje të dhënash për të gjetur shkaqet e valëve mashtruese, të përcaktuara si valë që janë të paktën dy herë më të larta se valët përreth – duke përfshirë valët mashtruese ekstreme që mund të jenë mbi 20 metra të larta. Me mësimin e makinerive, ata i transformuan të gjitha në një algoritëm që më pas u aplikua në të dhënat e tyre.

“Analiza jonë tregon se valët jonormale ndodhin gjatë gjithë kohës. Në fakt, ne kemi regjistruar 100,000 valë në të dhënat tona që mund të përkufizohen si valë mashtruese. Kjo është e barabartë me rreth një valë përbindëshi që ndodh çdo ditë në çdo vend të rastësishëm në oqean. Megjithatë , ato nuk janë të gjitha valë përbindësh të përmasave ekstreme”, shpjegon Johannes Gemmrich, autori i dytë i studimit.

Në studim, studiuesit u ndihmuan nga inteligjenca artificiale. Ata përdorën disa metoda të AI, duke përfshirë regresionin simbolik i cili jep një ekuacion si rezultat, në vend që të kthenin vetëm një parashikim të vetëm siç bëjnë metodat tradicionale të AI.

Duke ekzaminuar më shumë se 1 miliard valë, algoritmi i studiuesve ka analizuar mënyrën e vet për të gjetur shkaqet e valëve mashtruese dhe e ka kondensuar atë në një ekuacion që përshkruan recetën për një valë mashtruese. Inteligjenca artificiale mëson shkakësinë e problemit dhe ua komunikon atë shkakësi njerëzve në formën e një ekuacioni që studiuesit mund ta analizojnë dhe ta përfshijnë në kërkimin e tyre të ardhshëm.

“Gjatë dekadave, Tycho Brahe mblodhi vëzhgime astronomike nga të cilat Kepleri, me shumë prova dhe gabime, ishte në gjendje të nxirrte ligjet e Keplerit. Dioni përdori makina për të bërë me valët atë që Kepleri bëri me planetët. Për mua, është ende tronditëse që diçka si kjo është e mundur”, thotë Markus Jochum.

Studimi i ri gjithashtu thyen perceptimin e zakonshëm të asaj që shkakton valë mashtruese. Deri më tani, besohej se shkaku më i zakonshëm i një valë mashtruese ishte kur një valë kombinohej shkurtimisht me një tjetër dhe vodhi energjinë e saj, duke bërë që një valë e madhe të lëvizte përpara.

Megjithatë, studiuesit vërtetojnë se faktori më dominues në materializimin e këtyre valëve të çuditshme është ai që njihet si “superpozicioni linear”. Fenomeni, i njohur që nga vitet 1700, ndodh kur dy sisteme valore kalojnë njëri-tjetrin dhe përforcojnë njëri-tjetrin për një periudhë të shkurtër kohe.

“Nëse dy sisteme valore takohen në det në një mënyrë që rrit mundësinë për të gjeneruar kreshta të larta të ndjekura nga lugina të thella, lind rreziku i valëve jashtëzakonisht të mëdha. Kjo është njohuri që ekziston për 300 vjet dhe që ne tani po e mbështesim me të dhëna. ”, thotë Dion Häfner.

Algoritmi i studiuesve është një lajm i mirë për industrinë e transportit detar, e cila në çdo kohë ka afërsisht 50,000 anije mallrash që lundrojnë rreth planetit. Në të vërtetë, me ndihmën e algoritmit, do të jetë e mundur të parashikohet kur ky kombinim “perfekt” i faktorëve është i pranishëm për të rritur rrezikun e një valë përbindëshi që mund të përbëjë rrezik për këdo në det.

“Ndërsa kompanitë e transportit planifikojnë rrugët e tyre shumë përpara, ato mund të përdorin algoritmin tonë për të marrë një vlerësim të rrezikut nëse ka një shans për të hasur valë të rrezikshme mashtruese gjatë rrugës. Bazuar në këtë, ata mund të zgjedhin rrugë alternative,” thotë Dion Häfner. .

Si algoritmi ashtu edhe kërkimi janë të disponueshme publikisht, siç janë të dhënat e motit dhe valëve të vendosura nga studiuesit. Prandaj, Dion Häfner thotë se palët e interesuara, si autoritetet publike dhe shërbimet e motit, mund të fillojnë lehtësisht të llogaritin probabilitetin e valëve mashtruese. Dhe ndryshe nga shumë modele të tjera të krijuara duke përdorur inteligjencën artificiale, të gjitha llogaritjet e ndërmjetme në algoritmin e studiuesve janë transparente.

“AI dhe mësimi i makinerive janë zakonisht kuti të zeza që nuk rrisin të kuptuarit njerëzor. Por në këtë studim, Dion përdori metoda të AI për të transformuar një bazë të dhënash të madhe të vëzhgimeve të valëve në një ekuacion të ri për probabilitetin e valëve mashtruese, i cili mund të kuptohet lehtësisht . nga njerëzit dhe të lidhura me ligjet e fizikës”, përfundon profesor Markus Jochum, mbikëqyrës i tezës së Dion dhe bashkëautor.