KTU mokslininkė: skaitiniai metodai gali pasiūlyti veiksmingesnius sprendimus

Svarbiausios žiniasklaidai | 2023-08-08

Ar kada susimąstėte kaip sudaromos orų prognozės? O kodėl lėktuvo sparnų forma būtent tokia? Arba, kaip numatoma išorės veiksnių žala vienokiai ar kitokiai medžiagai? Už šių klausimų slepiasi sudėtingi matematiniai skaičiavimai, ir nors matematika sekasi ne visiems, jos įtaką ir naudą įvairiose disciplinose sunku paneigti.

Populiariame 2005 m. detektyviniame seriale „Skaičiai“ (angl. Numb3rs), matematika netgi padėdavo sugauti nusikaltėlius ir prognozuoti nusikaltimus. Kol dalis tokių scenarijų skamba neįtikėtinai, matematiką galima pritaikyti kitoms žmogaus gyvenimo sferoms tobulinti.

Štai, pavyzdžiui, skaitiniai metodai leidžia atlikti daugybę skaičiavimų, kurie, pasak Kauno technologijos universiteto (KTU) Matematikos ir gamtos mokslų fakulteto (MGMF) docentės dr. Liepos Bikulčienės, gali pasiūlyti veiksmingus sprendimus įvairiems iššūkiams.

Liepa Bikulciene_KTU
Liepa Bikulčienė

„Būtų galima paminėti gamtos reiškinių, pavyzdžiui, bangų modeliavimą vandens telkiniuose ar orų prognozes pagal oro srautų judėjimą, nes jie aprašomi lygtimis. Skaitiniai metodai taikomi ir lėktuvų sparnų formai modeliuoti ir įvairių pastatų atsparumui vertinti“, – sako docentė. Kalbamės su ja daugiau apie skaitinius metodus ir jų taikymą ne tik fizinių ar inžinerinių mokslų uždaviniams spręsti, bet ir jų praktinio taikymo galimybes.

– Jūsų studentai yra puikiai susipažinę su teoriniais skaitinių metodų uždavinių sprendimo būdais, tačiau įdomu, kokios yra praktinės jų taikymo galimybės? Kokias verslo, medicinos ar kitų veiklos sričių problemas sprendžiant taikomi skaitiniai metodai?

– Pradėdami spręsti praktinius uždavinius, studentai pirmiausia taiko paprasčiausius metodus, kurie padeda pagrindą tolesniam skaitinių metodų taikymui. Taip nuo paprasto apytikslio lygties sprendimo radimo vėliau galima pereiti prie rimtų inžinerijos problemų sprendimo.

Iš įdomesnių tokių metodų taikymo sričių būtų galima paminėti gamtos reiškinių, pavyzdžiui, bangų modeliavimą vandens telkiniuose ar orų prognozes pagal oro srautų judėjimą. Skaitiniai metodai taikomi ir lėktuvų sparnų formai modeliuoti ir įvairių pastatų atsparumui vertinti.

Viena svarbių skaitinių metodų sričių yra didelių tiesinių lygčių sistemų apytikslis sprendimas, kuris naudojamas kai kuriuose optimizavimo uždaviniuose, pavyzdžiui, maršrutams sudaryti transporto įmonėse. Teko matyti, kaip skaitiniai metodai taikomi tiriant planetų ar žvaigždžių išsidėstymą galaktikoje.

– Skaitiniai metodai taikomi kuriant tam tikrų įvykių modelius, pavyzdžiui, atkuriant eismo įvykius ir jų metu patiriamas traumas. Gal galite apie tai papasakoti šiek tiek plačiau? Koks tokių modelių tikslumas? Ar šie modeliai  atitinka realias situacijas?

– Taip, kaip ir kiti matematiniai modeliai, šių įvykių modeliai irgi tikrai atitinka realias situacijas. Jūsų minimu atveju, tiriamas audinių, kurie panašūs į  žmogaus audinius, atsakas tam, kad susidūrus su transporto priemone, būtų galima pateikti informaciją apie sužalojimo vietą ir intensyvumą. Be abejo, galima įvertinti ir istorinius duomenis.

Tokiu modeliavimu remiamasi ir teisminėje praktikoje, tiriant atvejus apie traumų, įvykusių realioje transporto avarijoje, patvirtinimą. Man pačiai šio tipo modeliavimo taikyti neteko, bet jei net teismuose remiamasi tokio modeliavimo rezultatais, tai galima teigti, kad modeliavimo tikslumas yra pakankamas.

 Ar pasitelkiant skaitinius metodus būtų galima pasiūlyti kokių nors veiksmingesnių sprendimų tvarumo ir aplinkos tausojimo srityse? Pavyzdžiui, kalbant apie saulės elementų gamybą ir utilizavimą.

– Skaitmeninės analizės metodika siūlo realistiškus puslaidininkių lygčių sprendimus, kurie apibūdina krūvio pernešimą ląstelėje, pagal įvairius nurodytus apribojimus ir įrenginio sandarą.

Ši funkcija gali būti veiksmingai naudojama saulės elementų gamyboje, kad būtų galima sumažinti priklausomybę nuo elementų gamybos, tikrinimo ir klaidų. Tad veiksmingesnių sprendimų tikrai yra.

– Kuo Jums pačiai įdomūs skaitiniai metodai?

– Paprasčiausi skaitiniai metodai atrasti gana seniai ir yra nesunkiai suprantami ir paaiškinami. Be to, juos nėra sunku realizuoti įvairia programine įranga, o tai patinka studentams, kurie vėliau gali gilintis į tam tikrą sritį ir juos taikyti tolesnėje mokslinėje ir darbinėje veikloje.

Mane asmeniškai žavi skaitinių metodų pritaikomumas mano mokslinėje veikloje, kuri susijusi su žmogaus fiziologinės būklės vertinimu ir signalų analize.