Insinyur mesin Bas Kessels mengembangkan metode baru untuk pemodelan presisi.
Deteksi sebelumnya kerusakan pada jembatan atau sayap tempur jet, paru -paru mekanik yang beradaptasi dengan pasien, atau penempatan chip yang lebih efisien pada papan sirkuit – semuanya mungkin berkat pemodelan presisi. Peneliti TU/E Bas Kessels mengembangkan metode baru dan meningkatkan model dengan jaringan saraf untuk membuat kembar digital sistem dunia nyata lebih akurat. Pada hari Kamis, 6 Februari, ia membela disertasinya cum laude di Departemen Teknik Mesin.
/ Nicole testerink
Menciptakan representasi skematik realitas – model – bukan hal baru. Pemodelan telah ada selama bertahun-tahun: dari model skala nyata dari tata surya, bangunan, atau jembatan, hingga model matematika yang menggambarkan semua jenis sistem dunia nyata.
Menurut kandidat PhD Bas Kessels, model yang baik memiliki “kemungkinan tak terbatas.” Tapi itu hanya masalahnya: Kapan Anda bisa mengatakan model itu 'bagus'
“Model matematika yang saat ini sedang dibuat dari sistem dunia nyata memiliki hukum fisik dan dapat dipahami sebagai dasar mereka. Tetapi kita melihat bahwa undang-undang ini tidak sepenuhnya mampu menggambarkan semua perilaku yang Anda amati dalam sistem dunia nyata.”
“Jadi Anda mendapatkan ketidaksesuaian antara model dan sistem dunia nyata. Bukan situasi yang ideal jika Anda menggunakan model itu untuk membuat prediksi atau keputusan untuk sistem dunia nyata Anda, misalnya.”
Visualisasi yang jelas
Generasi komputer baru, dengan daya komputasi yang semakin meningkat, memungkinkan untuk menggunakan lebih banyak data yang diukur untuk memetakan sistem secara digital. A 'Digital Twin' sangat berguna dalam banyak situasi, Kessels menjelaskan.
“Misalkan kamu ingin menguji sesuatu pada pemindai wafer di ASML. Sudah sulit untuk dialokasikan waktu pada perangkat pengukuran yang sangat digunakan itu, dan di atas itu kamu harus berhati -hati untuk tidak merusak apa pun pada perangkat dengan eksperimenmu.”
“Ini berarti sangat ideal jika Anda memiliki salinan yang bagus yang dapat Anda tunduk pada percobaan apa pun yang Anda sukai. Atau ambil jet tempur dengan sayap yang rusak. Kembar digital yang baik mengenali kerusakan, setelah itu Anda dapat menjalankan berbagai tes untuk mengetahuinya Manuver mana yang tidak bisa dilakukan oleh pejuang.
Dan ada banyak keuntungan lain dari kembar digital, kata Kessels. Misalnya, ini sangat efisien ketika Anda dapat melihat dalam salinan ketika kerusakan pada sepotong peralatan mulai terjadi dan kemudian menjadwalkan pemeliharaan preventif. Selain itu, Anda memiliki pandangan yang lebih baik tentang komponen mana yang rusak, semua yang berkontribusi untuk mengurangi waktu henti perangkat.
“Dan Anda dapat meningkatkan kinerja peralatan dengan kembar digital yang baik, membuatnya lebih aman, lebih akurat, dan lebih efisien. Hal yang sama sebenarnya berlaku untuk mekanik; visualisasi yang jelas mengarah pada alur kerja yang lebih baik.”
Pemetaan Getaran
Jadi, model yang baik dapat dipahami dan akurat. Karena yang terakhir sering masih kurang, Kessels turun ke komputernya untuk mengembangkan metode baru yang akan mengarah pada kembar digital yang lebih akurat, terutama sistem yang kompleks. Untuk melakukannya, ia menggunakan jaringan saraf, Kessels menjelaskan.
“Ini karena Anda dapat melatih jaringan saraf ini berdasarkan data yang diukur dalam sistem dunia nyata. Dan dengan itu, jaringan dapat mengkompensasi perilaku dinamis yang salah atau tidak dimodelkan dari sistem dunia nyata.” Apa yang unik tentang pendekatan Kessels adalah bahwa bahkan sistem yang dinamis dan nonlinier sekarang dapat dijelaskan dengan lebih akurat.
Kessels kemudian menguji metodologi barunya di perusahaan semikonduktor ASMPT di Beuningen, yang menginginkan model yang lebih tepat dari bonder kawat mereka. Ini adalah perangkat yang digunakan untuk menghubungkan chip ke papan sirkuit, atau komponen elektronik lainnya. Setiap chip melibatkan banyak kabel emas yang perlu dihubungkan, proses petir-cepat yang terjadi pada level mikrometer (atau sub-mikrometer).
“Kawat bonder seperti itu secara akurat menempelkan kabel ke chip. Namun, ini tidak dapat dilakukan segera; ketika perangkat tiba di lokasi yang tepat, ia bergetar untuk waktu yang singkat. Ikatan presisi hanya mungkin ketika perangkat hampir diam. Dengan model saya, kita sekarang dapat memetakan getaran yang lebih baik, sehingga waktu tunggu bisa lebih pendek.
Ventilator paru -paru
Jaringan saraf juga dapat digunakan dengan cara lain, kata Kessels. Di sini, nilai parameter suatu model dapat diperkirakan dengan kecepatan kilat berdasarkan data yang diukur.
“Anda dapat melatih jaringan saraf dengan data yang disimulasikan. Jaringan saraf kemudian mulai mengenali pola berdasarkan karakteristik sinyal, yang menjadi milik nilai parameter tertentu. Dengan terus beralih ke data yang diukur dari perangkat itu sendiri, kita dapat menyesuaikan kembar digital. dengan meningkatnya akurasi. ”
Bahkan mungkin untuk memberikan tingkat kepastian, kata Kessels, dengan penuh semangat mempelajari contoh praktis kedua. “Sesuatu yang sama sekali berbeda – kami melihat apakah kami dapat mengoptimalkan ventilator paru -paru mekanis di rumah sakit. Perangkat seperti itu membantu pasien ketika pernapasan independen tidak lagi mungkin.”
“Untuk ventilasi dengan benar, perangkat harus tahu siapa yang ada di mesin: anak kecil, orang dewasa besar, pasien dengan masalah paru -paru yang tidak diketahui? Ini membutuhkan model yang dapat membuat prediksi yang cukup akurat dalam waktu singkat: apa itu Kapasitas paru -paru, seberapa fleksibel paru -paru? ”
“Saya melatih jaringan saraf sehingga dapat membuat hubungan yang sangat cepat antara data yang diukur pada pasien sungguhan dan karakteristik paru -paru pasien. Ia melakukannya dengan indikasi kepastian dalam karakteristik ini, memungkinkan profil ventilasi yang lebih baik ditarik dengan percaya diri. dan jika perangkat mengukur nilai -nilai baru, itu memperbarui model secara real time, teruskan up to date. ”
Jadi berkat metode baru ini, pemodelan bisa semakin akurat; Kessels menyebutnya pemodelan presisi. “Bagi sebagian orang, sepertinya kita hanya bermain -main, tetapi ini merupakan langkah berikutnya. Tidak hanya secara teoritis, tetapi juga dalam hal aplikasi komersial.” Dia tersenyum. “Tidak pernah akurat.”
PhD dalam gambar
Apa itu di sampul disertasi Anda?
“Model yang dapat dipahami, dengan pegas dan peredam. Model 'kotak putih' ini memberikan banyak informasi. Kami memperluasnya dengan pembelajaran mesin – model kotak hitam – dan berakhir dengan kombinasi: kotak abu -abu. Ini memungkinkan kami untuk melakukannya Lebih baik menggambarkan sinyal ungu yang berjalan melintasi penutup, diukur pada bonder kawat yang sebenarnya. ”
Anda berada di pesta ulang tahun. Bagaimana Anda menjelaskan penelitian Anda dalam satu kalimat?
“Saya meningkatkan model matematika untuk lebih akurat memprediksi perilaku dinamis sistem. Semuanya bergerak, dan Anda ingin menangkapnya dalam suatu model.”
Bagaimana Anda meledakkan uap di luar penelitian Anda?
“Saya membuat segala macam hal dari kayu. Dari lemari dinding hingga mobil boks untuk keponakan kecil saya. Kadang -kadang saya bekerja dengan peralatan tangan, seperti pahat dan gergaji kecil, di lain waktu saya menggunakan gergaji meja. Kayu sangat melelahkan, dan Bahan yang indah dan hidup.
Tip apa yang ingin Anda terima sebagai kandidat PhD awal?
“Ketahuilah ketika sesuatu cukup baik dan jangan mengatur bar terlalu tinggi untuk diri Anda sendiri. Sebagian besar kandidat PhD adalah perfeksionis ke tingkat yang lebih besar atau lebih kecil, tersesat secara detail dan melakukan terlalu banyak sebelum mereka puas. Tetapi sadari bahwa Anda sedang melakukan penelitian yang belum pernah dilakukan sebelumnya dan karenanya tidak dapat diterima begitu saja bahwa semuanya akan segera berhasil seperti yang Anda harapkan. ”
Apa langkah Anda selanjutnya?
“Amerika Selatan! Saya berencana untuk menghabiskan sekitar lima bulan bepergian dan melakukan pekerjaan sukarela dengan pacar saya. Untuk mendapatkan pandangan yang lebih baik tentang dunia; kami pada dasarnya menjalani kehidupan dalam gelembung di sini. Jika Anda memiliki masalah yang sangat berbeda, pandangan Anda Dalam hidup juga sangat berbeda.
