Des orages aux terrains lunaires, la recherche en modélisation informatique aborde des problèmes du monde réel · The Badger Herald

À une époque où les ordinateurs sont monnaie courante, deux professeurs de l’Université du Wisconsin exploitent leur pouvoir pour exécuter des simulations de scénarios du monde réel.

Le professeur Leigh Orf utilise des modèles informatiques pour mieux comprendre les orages depuis plus de 30 ans. Il travaille à comprendre comment se comportent les orages, comment ils fonctionnent et comment mieux les prévoir. Orf a déclaré qu’il y a beaucoup de choses que les scientifiques ne comprennent toujours pas sur ce qui se passe dans un orage, mais l’utilisation de superordinateurs pour les modéliser peut ajouter une nouvelle clarté à leur fonctionnement interne, même à très petite échelle.

« J’utilise un modèle atmosphérique qui simule un nuage avec une très très haute fidélité, une haute qualité et une haute résolution. Ainsi, toutes les choses complexes à petite échelle qui se déroulent à l’intérieur du cloud sont révélées dans la simulation », a déclaré Orf.

Orf a déclaré que les événements antérieurs sont souvent des inspirations pour les simulations dans son travail. Orf a également souligné que la météorologie sur le terrain est très importante, car les informations atmosphériques et physiques d’une tempête ne peuvent pas être collectées d’une autre manière. À partir d’une tempête particulière, il a obtenu les données atmosphériques collectées juste avant la formation de la tempête et les a exécutées comme une simulation, qui a ensuite produit avec succès l’orage et la tornade qui s’est produite lors de l’événement réel.

Visualisation de la tornade El Reno 2011 simulée sur un supercalculateur
Avec l’aimable autorisation de Leigh Orf

« J’ai pu étudier la simulation indépendamment de l’événement réel. Mais je peux aussi le comparer à l’événement réel car il est basé sur un événement réel », a déclaré Orf.

Le travail d’Orf a été récemment publié en couverture du magazine Science. Lui, avec des collègues de l’Université de Stanford, a trouvé des réponses à un phénomène atmosphérique inconnu en exécutant une simulation de l’événement. Orf a déclaré que ces modèles informatiques peuvent parfois fournir des informations sur des scénarios du monde réel et permettre aux scientifiques de découvrir des choses sur ordinateur avant qu’elles ne soient découvertes dans l’atmosphère.

Il a déclaré qu’un domaine en pleine croissance qui deviendra probablement plus important dans l’avenir de la modélisation informatique est l’apprentissage automatique. À mesure que davantage de données sont collectées à partir de simulations, le traitement de ces données sera une tâche vitale pour l’intelligence artificielle.

« Nous allons avoir des robots à un moment donné et des voitures autonomes, et ce genre de choses sera l’IA », a déclaré Orf. « C’est donc un domaine que je dirais vraiment intéressant et important. »

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Les voitures autonomes sont précisément ce que le professeur Dan Negrut utilise pour étudier des modèles informatiques. En tant que responsable technique du laboratoire d’ingénierie basé sur la simulation, Negrut travaille actuellement sur deux projets qui impliquent l’exécution de simulations informatiques d’une voiture autonome et d’un rover lunaire pour déterminer comment ils fonctionneraient dans une situation de terrain unique.

Negrut a déclaré que les modèles informatiques offrent un moyen plus sûr et plus rentable d’analyser les réactions des véhicules autonomes. Les simulations permettent aux chercheurs de créer un environnement virtuel dans lequel ils peuvent tester le véhicule des millions de fois sans conséquences réelles de l’exécution des tests.

« Il est vraiment difficile de générer ce genre de scénarios falsifiés dans le monde réel. Comment prendriez-vous une Tesla et la feriez-vous vraiment heurter une plaque de verglas ? Et si vous vouliez le faire dix fois ? Et si vous vouliez le faire dix fois ? Et si vous vouliez changer le « cerveau » du véhicule et le frapper à nouveau ? » dit Negrut.

Pour l’expérience du rover lunaire, cet avantage est encore plus pertinent. Negrut a déclaré qu’il était essentiel de tester les capacités du rover avant le processus très coûteux de son envoi dans l’espace. Dans ce cas, l’exécution de simulations informatiques signifie que les scientifiques peuvent tester le rover sur différents terrains et obstacles dans un environnement – y compris une différence de gravité – qui ressemble exactement à celui de la lune sans avoir à l’envoyer plusieurs fois.

Dans le cadre d’un projet plus vaste visant à amener les humains sur la lune, le rover VIPER sera chargé de déterminer où se trouve l’eau sur la lune et à quel point il sera difficile de l’extraire, a déclaré Negrut.

Negrut a déclaré que l’exécution d’une simulation informatique consiste essentiellement à résoudre un grand nombre d’équations représentant le système physique avec lequel vous travaillez. Pour quelque chose comme le projet de rover avec autant de composants, le nombre d’équations nécessaires pour représenter l’environnement peut se chiffrer en milliards, a-t-il ajouté.

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Orf a déclaré qu’un aspect clé de la modélisation informatique est de pouvoir écrire du code exploitant toute la puissance de l’ordinateur. Programmer l’ordinateur pour qu’il fasse ce que vous voulez n’est pas un processus facile, surtout lorsque des superordinateurs sont impliqués, a déclaré Orf.

« Les superordinateurs ne sont en réalité qu’une tonne d’ordinateurs tous mis en réseau. Imaginez un entrepôt rempli d’ordinateurs de bureau vraiment puissants », a déclaré Orf. « Comment puis-je écrire un programme qui s’exécute sur chacun d’eux et s’exécute tous en même temps ? Ce n’est pas facile. Et même pour avoir accès à ces ordinateurs, vous devez prouver que vous disposez d’un code qui fonctionnera efficacement sur eux.

Orf a déclaré que l’utilisation de la modélisation informatique pour la recherche en météorologie nécessite un ensemble de compétences très spécifiques. Quelqu’un qui n’a que des connaissances en informatique peut ne pas connaître suffisamment la physique pour déterminer si le modèle est raisonnable. Mais un météorologue d’observation peut ne pas avoir les connaissances nécessaires pour exécuter les programmes informatiques nécessaires pour créer même un modèle.

Orf et Negrut utilisent tous deux la modélisation informatique pour aider à améliorer la sécurité et la vie des personnes. Qu’il s’agisse de garantir que les voitures autonomes se comportent de manière prévisible ou d’aider les gens à mieux se préparer aux tempêtes dangereuses, les ordinateurs contribuent à notre société à des niveaux bien plus profonds que nous ne le pensons.