Tack vare mjukvara utvecklad av Neural Concept, en EPFL spin-off, cykelingenjörer kan snabbt beräkna den mest aerodynamiska formen för en cykel. Mjukvaran – som presenteras i Stockholm idag på den internationella konferensen om maskininlärning – tillämpar artificiell intelligens på en uppsättning användardefinierade specifikationer. Ingenjörer har redan använt programmet för att designa en cykel som de hoppas ska slå världshastighetsrekordet i höst i Nevada.
Det nuvarande rekordet för en cykel som färdas över plan väg är 133,78 km/h, sattes 2012 av ett holländskt team vid World Human Powered Speed Challenge, som äger rum varje år i Nevadas öken. Men nu i september ett lag från IUT Annecy siktar på att slå det rekordet. Teamet använde artificiell intelligens-baserad programvara utvecklad av Neural Concept, en EPFL startup, för att öka prestandan på sin cykel. På bara några minuter, Neural Concepts teknologi kan beräkna den optimala formen på en cykel för att göra den så aerodynamisk som möjligt. Den kan också användas för aerodynamiska beräkningar i ett antal andra tillämpningar. Företaget presenterar sin mjukvara i Stockholm idag på den internationella konferensen om maskininlärning.
Från utsidan, IUT Annecy-teamets liggande cykel ser mer ut som en liten racerbil än en människodriven cykel. Den skräddarsyddes för att passa tätt intill cyklistens kropp. Under utmaningen, han måste åka nerför en 200 meter lång sträcka, platt väg så fort som möjligt, efter en uppkörning på 8 km. Designmålet är helt klart inte cyklistkomfort, men gör det mesta av varje tum av fordonet.
Kommer på snabbare, mer detaljerade och effektivare design
Befintliga aerodynamiska designmetoder kräver en enorm mängd datorkraft. Traditionellt tänker cykelingenjörer på olika former och testar dem sedan med datorsimulering. Men här, för första gången, ingenjörer använde optimeringsprogram – snarare än sin egen intuition – för att definiera liggande cykelkåpa. IUT Annecy-teamet använde Neural Concepts programvara, specificerar cykelns maximala längd och bredd samt det utrymme som behövs för drivlinan och hjulen. Programmet sorterade sedan igenom alla typer av former, snabbt jämföra dem för att komma fram till den bästa. Till exempel, programmet hjälpte ingenjörerna att bestämma den bästa platsen för fordonets maximala bredd.
För att utveckla tekniken bakom mjukvaran, forskare vid EPFL:s Computer Vision Laboratory tränade ett konvolutionellt neuralt nätverk för att beräkna de aerodynamiska egenskaperna hos olika former representerade av generiska polygonnät, som är samlingar av punkter som används för att generera 3D-former. Denna typ av artificiell intelligens fungerar genom att gå igenom flera lager, kategorisera information från den enklaste till den mest komplexa. I de första lagren, programmet identifierar en forms konturer; sedan tilldelar den konturerna till ett objekt och bestämmer vilken kategori objektet tillhör baserat på det förväntade resultatet.
Ingenjörer kan använda programvaran för att utföra detaljerade analyser av olika konstruktioner snabbare och med bättre noggrannhet. "Vårt program resulterar i konstruktioner som ibland är 5–20 % mer aerodynamiska än konventionella metoder. Men ännu viktigare, det kan användas i vissa situationer som konventionella metoder inte kan, säger Pierre Baqué, VD för Neural Concept. En annan fördel är att programvaran kan jämföra design utan mänsklig fördom. "Formerna som används för att träna programmet kan skilja sig mycket från standardformerna för ett visst objekt. Det ger det en hel del flexibilitet, ", tillägger Baqué.
World Human Powered Speed Challenge är en tävling som involverar cyklar designade av team av universitetsstudenter. I år äger det rum den 10–15 september, och många andra lag kommer också att kämpa för rekordet. Utmaningen kommer att vara ett verkligt test för både IUT Annecy-teamet och Neural Concepts maskininlärningsteknologi. Programvaran har många andra potentiella applikationer också, som för att designa drönare, vindkraftverk och flygplan. Andra branschfolk ser tydligt dess potential – Baqué har blivit inbjuden att tala på världens största maskininlärningskonferens idag i Stockholm. IUT Annecy och Neural Concept har redan börjat jobba på cykeln inför nästa års lopp. Den kommer att designas uteslutande och helt av programvaran, utan mänsklig inblandning.
