Za autsajdera, siva hrpa metalnih kutija nagomilanih na sivom betonskom podu može izgledati neimpresivno. Mašine za skladištenje, možda. Ostaci eksperimenta koji je davno završen.
„To je skromno“, rekao je Nejtan Tom, mašinski inženjer u Nacionalnoj laboratoriji za obnovljivu energiju (NREL), „i sigurno ne liči mnogo na pretvarač energije talasa“.
Ali jeste—nekako.
Te kutije kriju jedinstvenu platformu za testiranje koja može spojiti virtuelni i fizički svet. Zamislite video igru trkačkih automobila koja se povezuje sa stvarnim motorom automobila. To je ono što su Tom i njegove kolege izgradili – osim što je njihova platforma dizajnirana za nadolazeće tehnologije talasne energije.
Talasi nose dovoljno energije da zadovolje oko 34% potreba Sjedinjenih Država za električnom energijom. Ne možemo da uhvatimo svu tu snagu, ali ovaj uglavnom neiskorišćeni resurs bi i dalje mogao da se upari sa drugim obnovljivim izvorima energije za napajanje aktivnosti na moru – poput uzgoja morskih plodova, hvatanja ugljenika ili istraživanja okeana – i da pomogne zemlji da dekarbonizira svoju električnu mrežu. Ali pre nego što ove tehnologije mogu da se pridruže borbi protiv klimatskih promena, programeri tehnologije moraju da dizajniraju uređaje koji mogu da generišu velike količine energije dok preživljavaju u divljem, slanom okeanu — sve bez isušivanja banke programera.
A da bi sve to postigli dovoljno brzo da energiju talasa prenesu na mrežu, tehnološki programeri moraju da zaustave provaliju za testiranje – koju bi ova platforma za testiranje mogla da premosti.
Ili, kako je Tom rekao: „Sa našom postavkom, možemo da opsednemo dva sveta“.
Na jednoj strani tog testnog ponora je virtuelni, numerički svet koji odražava stvarni. U ovom virtuelnom prostoru, tehnološki dizajneri mogu da istražuju različite generatore, da se igraju sa oblikom i razmerom, pa čak i podvrgnu svoju tehnologiju simuliranim talasima.
„Ali onda pokušate da povežete svoj dizajn sa nečim stvarnim i shvatite da su neke od pretpostavki koje ste napravili verovatno netačne“, rekao je Tom.
Stvarni svet, druga strana ponora testiranja, često je neuredniji od bilo koje virtuelne replike.
Ali bacanje neproverenih prototipova u stvarnost – more – nije nužno bolja opcija. Okeanska ispitivanja su rizična: ako uređaj ne radi tako glatko kao što su podaci rekli da bi trebalo ili ako kritična komponenta izbije u dubinama, programeri bi mogli izgubiti puno vremena i novca na izvlačenje svog ugašenog dizajna.
Ali sa novom platformom za testiranje tima, programeri imaju treću opciju, onu koja spaja razigranu slobodu teorijskih modela sa oštrom realnošću fizičkog generatora ili podsistema. Uz to, rekao je Tom, „mogli biste biti sigurniji u svoj uređaj i njegove komponente i uz delić cene izlaska u okean“.
I Tom bi znao: On je već uzeo platformu za okretanje.
Tom nije samo pomogao u izgradnji nove postavke za testiranje; već ga je koristio za procenu novog uređaja talasne energije koji se razvija u NREL-u. Dizajn, nazvan pretvarač energije talasa promenljive geometrije, može se naduvati i ispuhati kako bi se izbegli potencijalno destruktivni ekstremni talasi. Ovaj i drugi dizajni promenljive geometrije mogli bi da pomognu tehnologijama talasne energije da generišu više energije, duže prežive i manje koštaju.
Ali pre nego što se programeri okrenu tako novom dizajnu, Tom je odlučio da utvrdi da li bi promenljiva geometrija bila vredna ulaganja. „Moramo da pokažemo prednosti“, rekao je Tom, „a kada kažem koristi, ne govorim o povećanju efikasnosti od 5%. kompleksni koncept promenljive geometrije“.
Da bi obavio to istraživanje, Tom je dodao dodatni sloj složenosti na platformu za testiranje tima. Sada mogu da unose podatke uživo sa fizičkog hardvera, poput generatora, nazad u svoj virtuelni model, SIMulator za pretvarač energije talasa (VEC-Sim). Sa tom dodatnom petljom podataka, VEC-Sim, koji je kod otvorenog koda koji su razvili NREL i Sandia National Laboratories, može prikupiti još tačnije rezultate. Uzmite tu video igricu trkačkih automobila: kao da je igra naučila da bolje imitira automobil koji se penje uz strmo brdo nakon što je sakupila podatke o tome kako se stvarni motor automobila ponaša kada je podvrgnut simuliranom brdu.
„Ono što merimo u stvarnom životu vraćamo u model, tako da ako vaš motor prestane da radi, simulacija bi trebalo da reaguje u realnom vremenu“, rekao je Tom. „Sa tim možemo dobiti precizan pogled na to kako tačno hardver reaguje na simulaciju i kako da poboljšamo dizajn da bismo proizveli više energije.
Programeri energije talasa mogu da koriste druge alate, poput NREL-ovog novog talasnog rezervoara ili platforme za kretanje, kako bi premostili virtuelno-fizički jaz. I dok rezervoari za talase mogu da pruže vredne podatke o tome kako uređaj reaguje na stvarnu vodu, većina može da stane samo u smanjene verzije prototipa, što znači da programeri i dalje moraju da prave pretpostavke o tome kako se ti podaci prevode u uređaj punog razmera. Iako platforma za kretanje može da sadrži prototipove u punoj veličini, ona ne može da vrati podatke u teorijske modele koji uče, prilagođavaju se i izbacuju preciznije povratne informacije.
Nova platforma za testiranje tima može da uradi oboje. Programeri mogu da simuliraju uvećanu verziju svog dizajna da bi procenili generatore većeg obima ili čak potpune generatore koji se koriste u manjim uređajima za energiju talasa — poput onih dizajniranih za napajanje farmi morskih plodova na moru, senzora za posmatranje okeana ili desalinacije vode u okeanu.
„To je jedan od prvih puta u svetu da je neko napravio ovu vrstu VEC-Sim-in-the-loop podešavanja“, rekao je Ben MekGilton, inženjer istraživanja u NREL-u, misleći na petlju stvorenu priključivanjem fizičkog hardvera, npr. generator, direktno u virtuelni svet.
McGilton je doveo električnu energiju u projekat: Kao deo električnog tima, koristio je podatke platforme da shvati kako da napravi efikasniju verziju uređaja za energiju talasa promenljive geometrije – za koji kaže da podseća na meduzu.
Nova platforma za testiranje je ukazala na nekoliko potencijalnih nedostataka u dizajnu meduza, što je upravo poenta. Sada, Tom može da usavrši dizajn pre nego što se podvrgne daljem testiranju.
Ali platforma može učiniti više od testiranja uređaja nalik meduzi. Tim NREL-a koji radi na uređaju za desalinizaciju na talasni pogon planira da proceni kako njihov generator reaguje ako njihov uređaj napuni bateriju. A industrijski partneri bi mogli da posete NREL da procene svoje generatore kroz programe kao što su Test ekspertiza i program za istraživanje morske energije (poznat kao TEAMER).
Tom se vremenom nada da će platformu upariti sa algoritmima za mašinsko učenje. Sa mašinskim učenjem, platforma bi mogla da pomogne u identifikaciji optimalnih načina da se kontroliše koliko energije generator proizvodi dok talasi bujaju od malih do velikih do ekstremnih. Svi ovi precizni podaci i kontrola mogli bi da ubrzaju razvoj tehnologije i pomognu da se tehnologije talasne energije izvuku u vodu.
„Sa ovim podešavanjem,“ rekao je Tom, „možemo dati istraživačima i programerima odgovore koji su manje „Hajde da istražimo ovo“ i više „Ovo je ono na šta ćete naići, i trebalo bi da se pozabavite time sada.“
