Polityka - nr 37 (2521) z dnia 2005-09-17; Polityka. Niezbędnik Inteligenta ; s. 24-27

Nauki ścisłe. Modelowanie zjawisk

Sławomir Mizerski

My multiinstrumentaliści

O tym, jak próbujemy okiełznać złożoność świata oraz o ciemnej i jasnej stronie ludzkiej nieobliczalności z prof. Michałem Kleiberem rozmawia Sławomir Mizerski

Sławomir Mizerski: – Kim jest specjalista od projektowania modeli komputerowych? Na czym właściwie pan się zna?

Michał Kleiber: – Po angielsku dziedzina, którą uprawiam, nazywa się computational science. To coś, co z braku lepszego terminu, nazywamy po polsku – nauki obliczeniowe. Można to określić także jako modelowanie i symulacja komputerowa. Dziedzina, która leży na pograniczu informatyki, matematyki i konkretnej dyscypliny specjalistycznej, której dotyczy dany model i symulacja, np. inżynierii materiałowej, medycyny, fizyki, astronomii, biologii czy prognozowania zjawisk atmosferycznych.

Każdy poważny uczony musi łyknąć jej podstawy?

Jeszcze kilkanaście lat temu wielu uczonych wyobrażało sobie, że jeśli będą potrzebowali pomocy komputera, zaproszą informatyka i on im zrobi obliczenia. Dzisiaj sytuacja się zasadniczo zmieniła, bo możliwość symulacji komputerowej rzutuje na samo definiowanie zadania badawczego. Uczony musi mieć głęboką wiedzę o możliwości wykorzystania komputerów, bo to pozwala mu formułować problemy w języku, który nadaje się do przeprowadzenia symulacji. W tej chwili nauce potrzebni są multiinstrumentaliści. Właściwie w każdej dziedzinie nauki istnieje filar obliczeniowy związany z modelowaniem komputerowym.

Rozumiem, że chodzi o koszty i czas?

Nie tylko. Są osiągnięcia naukowe, które w ogóle byłyby niemożliwe bez narzędzi do modelowania i symulacji komputerowej. Takie prace jak rozszyfrowanie genomu były możliwe jedynie dzięki symulacjom. Nowoczesne leki są projektowane komputerowo na podstawie skomplikowanych symulacji związków chemicznych. Inaczej nigdy by nie powstały.

Komputer sam wymyśla te lekarstwa?

Tak, pokazuje optymalną drogę do stworzenia skutecznego leku. Ale człowiek musi mu najpierw postawić właściwe zadania, a więc musi wiedzieć, co chce osiągnąć.

Zatem jest pan jednym z multiinstrumentalistów nowoczesnej nauki?

Mam podwójne wykształcenie – jestem inżynierem po politechnice i matematykiem po uniwersytecie. Współpracowałem z inżynierami różnych specjalności, fizykami, lekarzami, ekologami. Pracując przez kilka lat na uniwersytecie w Tokio, zajmowałem się oceną bezpieczeństwa reaktorów jądrowych. W USA brałem udział w badaniach dotyczących projektowania nowych materiałów. Zajmowałem się także symulacją endoprotez stawu biodrowego. Ćwierć wieku temu, pracując na wydziale aeronautyki Uniwersytetu w Stuttgarcie, brałem udział w symulacjach promu kosmicznego „Columbia”. Budowałem tam wielki program, który posłużył do symulacji zachowania się skrzydła tego promu. W wyniku symulacji całą drogę takiego pojazdu można prześledzić w rzeczywistości wirtualnej. Ale żeby to było możliwe, należy najpierw rozwiązać mnóstwo problemów cząstkowych. Jednym z takich, którymi ja się zajmowałem, była symulacja zachowania się konstrukcji kadłuba. Poddawaliśmy ją w komputerze najróżniejszym obciążeniom i skomplikowanym kombinacjom tych obciążeń, od najbardziej oczywistych aż do mniej typowych, np. zderzenia z chmarą ptaków.

Pana specjalnością jest symulacja zjawisk związanych z materiałami. Czy nie lepiej testować je mechanicznie?

Żeby dokładnie zbadać własności fizyczne materiału, trzeba go na różne strony rozciągać, poddawać rozmaitym – jak my to mówimy – historiom obciążenia: mechanicznym, termicznym. Takich historii, reprezentatywnych dla wszystkiego, co może się w rzeczywistości zdarzyć z materiałem (będącym przecież częścią złożonej konstrukcji, np. samolotu), jest bardzo wiele. Zrobienie fizycznych eksperymentów na każdą okoliczność byłoby koszmarnie drogie i skrajnie trudne. Trzeba więc budować model do badań prowadzonych za pomocą komputera. Aby był dobry, należy oczywiście dobrze zrozumieć strukturę materiału. Ale gdy już dostaniemy wyniki badań symulacyjnych, należy wykonać stosowne eksperymenty fizyczne, aby sprawdzić, czy stworzony model jest dostatecznie wiarygodny. Jeśli przyłapiemy symulator na tym, że w jakimś jednym przypadku daje inny wynik niż prosty eksperyment fizyczny, musimy zmienić cały symulator.

W którym momencie wiemy na pewno, że symulator w stu procentach właściwie udaje rzeczywistość?

Nie ma granicy ustalonej raz na zawsze. Są tylko granice wyznaczone przez ludzki rozsądek i praktykę.

Los nie całkiem ślepy

Pana praca przy modelowaniu drgań dachu nad stadionem olimpijskim w Monachium do dziś decyduje o bezpieczeństwie, a nawet życiu wielu tysięcy ludzi.

To była nowatorska konstrukcja, a gdy ją postawiono, uświadomiono sobie, że przy ekstremalnych wiatrach trudno będzie przewidzieć, jak się zachowa. Dach zaczynał drgać i były to drgania o bardzo dużej amplitudzie, liczonej nie tylko w centymetrach. Drgający dach to bardzo złożona konstrukcja, na dodatek oddziałują na nią różne czynniki zewnętrzne, z których wiele, jak np. wiatr, ma trudny do precyzyjnego ustalenia charakter. Mamy tu setki parametrów niemożliwych do określenia z ...

[pełna treść dostępna dla abonentów Polityki Cyfrowej]

Tagi

Kleiber Michał, rozmowa, nota biograficzna, modele komputerowe, projektowanie, "Niezbędnik inteligenta"