Ionuț Farcaș: „Tot ce ține de știința modernă, de la Galileo încoace, s-a dezvoltat pe fundamente matematice”

Ionuț Farcaș, doctor în științe naturale, este profesor asistent în Departamentul de Matematică și Divizia de Modelare Matematică și Analize de Date, Universitatea Virginia Tech din Virginia, SUA (https://www.vt.edu/) și invitatul din această seară al emisiunii Idei în nocturnă. Diaspora. Dincolo de granițe.

La Radio România Cultural și pe www.radioromaniacultural.ro, de la 21.10 la 22.00.

O ediție în care am discutat despre matematică computațională și despre Digital Twins - în era digitalizării accelerate, conceptul de Digital Twins (gemenii digitali) devine din ce în ce mai actual. Ce înseamnă, de fapt, acest termen și cum ne poate influența viața?

Un Geamăn digital este un model virtual creat pentru a reflecta în timp real un sistem fizic, fie că vorbim despre un pacient, un motor de avion sau o clădire inteligentă. În domeniul medical, această tehnologie are un potențial uriaș, permițând dezvoltarea de tratamente personalizate și monitorizarea pacienților cu o precizie fără precedent.

Deși conceptul de Digital Twins pare futurist, el este utilizat încă de acum peste 50 de ani. Un exemplu celebru este misiunea Apollo, unde NASA a folosit simulări complexe pentru a anticipa și rezolva problemele întâmpinate de astronauți.

“Primul exemplu concret de Digital Twins, de GEMEN DIGITALI, care s-a folosit într-un mod practic și într-un mod extrem de util, a fost în cadrul misiunii Apollo, de exemplu. Atunci, Digital Twins a fost folosit pentru a rezolva probleme pe care astronauții le-au întâmpinat înainte de a se derula misiunea și cei de la NASA au rulat foarte multe simulări cu foarte multe posibile scenarii în care ceva nu merge conform planului și datorită a ceea ce au învățat atunci, înainte să se deruleze misiunea, au reușit să îi ajute pe astronauți să rezolve problema practic în timp real. Și a fost un exemplu destul de proeminent de Digital Twins, înainte ca Digital Twins să fie un concept des întâlnit.”

Un aspect crucial în utilizarea Gemenilor Digitali este determinarea erorii din modelele virtuale. În special în medicină, unde fiecare pacient are variabile unice, este imposibil ca un model să fie perfect identic cu realitatea. Totuși, atâta timp cât se cunoaște gradul de incertitudine al predicțiilor, această tehnologie poate deveni un aliat esențial pentru medici.

“Cuantificarea incertitudinii este o componentă esențială pentru un geamăn digital, pentru că ideea asta de a fi identic este imposibilă, mai ales într-un sistem așa de complex precum evoluția tratamentului unui pacient, de exemplu, într-un context oncologic. Asta nu vom putea obține și este perfect în regulă, atâta timp cât știm care este eroarea pe care o facem.”

Pentru ca acești Gemeni Digitali să fie cu adevărat eficienți, este esențial să înțelegem cât de mult putem avea încredere în predicțiile lor. Unul dintre aspectele esențiale în utilizarea Gemenilor Digitali este capacitatea de a evalua nivelul de incertitudine al predicțiilor generate.

Un exemplu concret al aplicabilității acestui domeniu este dezvoltarea unui Geamăn Digital pentru un motor cu reacție, care să permită monitorizarea și prevenirea degradării în timp real. Astfel de aplicații nu doar că eficientizează procesele inginerești, dar pot contribui și la siguranța și longevitatea echipamentelor critice.
Într-un viitor nu foarte îndepărtat, cercetătorii speră să creeze sisteme în care Gemenii Digitali să poată lua decizii în mod autonom, fără intervenție umană. Prin integrarea matematicii computaționale, a învățării automate și a puterii de calcul din ce în ce mai mare, se deschid noi perspective pentru cercetare, inginerie și tehnologie, cu impact asupra numeroaselor domenii industriale și științifice.

“Pe măsură ce procesul evoluează și modelul nostru computațional, matematic, devine unul mai predictiv și cu mai puține erori, vom ajunge, sperăm, într-un punct în care, geamănul digital să informeze geamănul fizic, fără ca noi să mai intervenim în materie de cum să opereze, cum să schimbe modul de operare în cazul în care condițiile externe se schimbă și așa mai departe”, spune Ionuț Farcaș.