VILNIUS TECH absolventas kuria išmanesnės infrastruktūros ateitį
Dr. Shady Adib profesinis kelias civilinės inžinerijos srityje driekiasi per kelis žemynus ir skirtingas kultūras. Baigęs studijas Vokietijos universitete Kaire, jis norėjo išsiaiškinti, kaip sudėtingos konstrukcijų inžinerijos problemos sprendžiamos kitose pasaulio šalyse. VILNIUS TECH įgytas konstrukcijų inžinerijos magistro laipsnis jam tapo tiltu į mokslininko karjerą Jungtinėje Karalystėje.
Šiandien mokslininką labiausiai domina dirbtinio intelekto (DI), fizikos, neapibrėžtumo ir inžinerinių sprendimų priėmimo sąveika. Kita jo tyrimų sritis – skaitmeniniai dvyniai (angl. digital twins). Ši sąvoka jam visuomet kelia šypseną. Būtent tuo metu, kai Sh. Adib pradėjo dirbti su šia technologija, gimė ir jo dukros dvynės.
[caption id="attachment_135204" align="alignnone" width="1463"] Dr. Shady Adib[/caption]
Kviečiame susipažinti su Londono imperatoriškojo koledžo (Imperial College London) kviestiniu tyrėju ir Hertfordšyro universiteto docentu dr. Sh. Adib bei jo įžvalgomis apie inžinerijos ateitį.
– Kas paskatino jus pasirinkti civilinę inžineriją?
– Visada žavėjausi tuo, kad civilinė inžinerija tiesiogiai susijusi su kasdieniu žmonių gyvenimui. Tiltai, pastatai ir infrastruktūra yra objektai, kuriais žmonės naudojasi kasdien, dažnai net nesusimąstydami apie juos kuriančius inžinerinius. Mane ypač traukė matematikos, fizikos ir problemų sprendimo derinys, taip pat atsakomybė projektuojant konstrukcijas, kurios turi išlikti saugios daugelį dešimtmečių.
Studijuodamas civilinę inžineriją Kaire, ėmiau vis labiau domėtis konstrukcijų inžinerija. Man buvo įdomu suprasti, kaip konstrukcijos veikia, kaip jos reaguoja į apkrovas ir kaip galima pastebėti pirmuosius jų pokyčius. Pamažu noras tiesiog projektuoti konstrukcijas peraugo į siekį suprasti ir stebėti jas per visą gyvavimo ciklą.
– Kaip nusprendėte atvykti studijuoti į VILNIUS TECH? Ko tikėjotės šiame savo akademinio kelio etape?
– Baigęs civilinės inžinerijos bakalauro studijas Kaire žinojau, kad noriu gilinti žinias konstrukcijų inžinerijos srityje ir išbandyti kitokią akademinę aplinką. VILNIUS TECH suteikė galimybę studijuoti Europoje, dirbti tarptautinėje aplinkoje ir geriau susipažinti su moksliniais konstrukcijų inžinerijos tyrimais.
Tuo metu siekiau ne tik įgyti dar vieną akademinį laipsnį. Norėjau suprasti, kaip sprendžiamos sudėtingos konstrukcijų inžinerijos problemos, susipažinti su įvairiais tyrimų metodais ir išsiaiškinti, ar mokslinė veikla galėtų tapti ilgalaike mano karjeros kryptimi. VILNIUS TECH tapo svarbia jungtimi tarp bakalauro studijų ir vėliau prasidėjusios mokslininko karjeros.
– Ar buvo konkretus dalykas, dėstytojas, projektas ar patirtis, kurie turėjo ilgalaikės įtakos jūsų akademiniam ar profesiniam keliui?
Studijų laikotarpį VILNIUS TECH prisimenu kaip labai svarbų savo akademinio ir asmeninio tobulėjimo etapą. Viena didžiausią įtaką man padariusių žmonių buvo mano vadovė Ieva Misiūnaitė. Man labai pasisekė, kad turėjau galimybę su ja dirbti. Iš jos daug išmokau ne tik apie konstrukcijų inžineriją ir mokslinių tyrimų metodologiją, bet ir apie tai, kaip kritiškai bei nuosekliai nagrinėti mokslines problemas.
Darbas su ja buvo viena pirmųjų mano tikrų mokslinių tyrimų patirčių. Ji skatino neapsiriboti vien studijų užduočių atlikimu, bet kelti gilesnius mokslinius klausimus, atidžiai analizuoti rezultatus ir aiškiai perteikti technines idėjas.
[caption id="attachment_135190" align="alignnone" width="1275"] Dr. Shady Adib[/caption]
Magistrantūros studijų metu taip pat turėjau galimybę paskelbti pirmąjį mokslinį konferencijos straipsnį. Tai buvo labai svarbus mano karjeros etapas. Ši patirtis suteikė pasitikėjimo savimi ir padėjo suprasti, kad moksliniai tyrimai man iš tiesų patinka ir norėčiau juos tęsti.
Apskritai studijos VILNIUS TECH sustiprino mano konstrukcijų inžinerijos ir skaitmeninės analizės pagrindus, o gyvenimas bei studijos tarptautinėje aplinkoje padėjo tapti savarankiškesniam tiek akademinėje, tiek asmeninėje srityje. Žvelgdamas atgal, galiu pasakyti, kad VILNIUS TECH ir ypač darbas su Ieva turėjo didelės įtakos mano sprendimui siekti daktaro laipsnio ir tęsti akademinę mokslininko karjerą.
– Kaip keitėsi jūsų moksliniai interesai nuo magistrantūros studijų iki doktorantūros studijų Niukaslio universitete?
– Magistrantūros studijų metu daugiausia dėmesio skyriau konstrukcijų analizei ir modeliavimui.
Pradėjęs doktorantūros studijas Niukaslio universitete, vis labiau domėjausi skirtumais tarp to, kaip, remiantis skaitmeniniais modeliais, tikimės, kad konstrukcija elgsis, ir kaip ji elgiasi realiomis sąlygomis. Tai paskatino mane gilintis į konstrukcijų būklės stebėseną ir galiausiai – skaitmeninius dvynius.
Doktorantūros tyrimai buvo skirti skaitmeninių dvynių sistemai, leidžiančiai realiuoju laiku nustatyti konstrukcijų pažeidimus, kurti. Pagrindinė idėja buvo susieti konstrukcijų modelius su jutiklių duomenimis, kad skaitmeninis konstrukcijos atvaizdas galėtų nuolat atnaujinti informaciją apie tai, kas vyksta su realiu objektu.
Taip natūraliai perėjau nuo konstrukcijų inžinerijos prie skaitmeninio modeliavimo, konstrukcijų būklės stebėsenos, o vėliau – skaitmeninių dvynių ir išmaniosios infrastruktūros tyrimų.
– Kaip susidomėjote galimybe derinti civilinę inžineriją su tokiomis technologijomis kaip dirbtinis intelektas ir skaitmeniniai dvyniai?
– Pradėjęs dirbti konstrukcijų būklės stebėsenos srityje, supratau, kad jutikliai gali generuoti milžiniškus duomenų kiekius. Vien tradicinio konstrukcijos modelio ne visada pakanka, kad visa ši informacija būtų tinkamai panaudota. Todėl natūraliai pradėjau domėtis mašininiu mokymusi ir dirbtiniu intelektu.
[caption id="attachment_135191" align="alignnone" width="2560"] Dr. Shady Adib[/caption]
Kėliau tokius klausimus: ar algoritmas gali atpažinti konstrukcijos elgsenos dėsningumus, kuriuos inžinieriui būtų sunku pastebėti savarankiškai? Ar galima atkurti trūkstamus jutiklių duomenis? Ar įmanoma sujungti fizikos ir inžinerijos žinias su dirbtiniu intelektu, užuot šias sritis traktavus kaip visiškai atskiras?
Pamažu būtent šių sričių derinys tapo pagrindine mano mokslinių tyrimų kryptimi.
– Sujungiate tiek daug skirtingų disciplinų!
– Mane žavi tai, kad kiekviena disciplina padeda išspręsti skirtingą problemos dalį. Konstrukcijų inžinerija leidžia suprasti, kaip konstrukcijos turėtų elgtis. Jutikliai ir daiktų interneto technologijos padeda stebėti, kas iš tikrųjų vyksta. Skaitmeniniai dvyniai suteikia galimybę susieti fizinę konstrukciją su jos skaitmeniniu atvaizdu. Dirbtinis intelektas padeda analizuoti didelius duomenų kiekius, atpažinti dėsningumus, atkurti trūkstamą informaciją ir prognozuoti galimus pokyčius.
Tačiau manau, kad įdomiausi moksliniai tyrimai prasideda tuomet, kai šios technologijos nėra nagrinėjamos atskirai. Svarbiausias klausimas – kaip sukurti infrastruktūrą, kuri galėtų nuolat vertinti savo būklę ir padėti inžinieriams priimti geresnius sprendimus?
Man tai kur kas įdomiau nei tiesiog pritaikyti dirbtinį intelektą inžinerinių duomenų rinkiniui.
– Skaitmeniniai dvyniai inžinerijoje tampa vis svarbesni. Kaip žmogui, kuris nėra šios srities specialistas, paaiškintumėte, kas yra skaitmeninis dvynys ir kaip ši technologija gali pakeisti konstrukcijų stebėseną bei priežiūrą?
– Skaitmeninį dvynį paprastai apibūdinu kaip nuolat atnaujinamą fizinio objekto skaitmeninį atvaizdą. Įsivaizduokime tiltą. Turime jo brėžinius, patikrinimų ataskaitas ir galbūt kompiuterinį modelį. Visa ši informacija naudinga, tačiau paprastai ji saugoma atskirai ir nėra nuolat atnaujinama. Skaitmeninio dvynio tikslas – susieti šiuos skirtingus informacijos šaltinius su pačiu tiltu.
Ant tilto įrengti jutikliai gali nuolat teikti informaciją apie vibraciją, poslinkius, temperatūrą ir kitus konstrukcijos elgsenos parametrus. Skaitmeninis modelis gauna šiuos duomenis ir pagal juos atnaujina informaciją apie konstrukcijos būklę.
[caption id="attachment_135192" align="alignnone" width="1792"] Dr. Shady Adib[/caption]
Taigi, užuot klausę „Kaip tiltas atrodė prieš šešis mėnesius, kai jį tikrinome?“, galime vis dažniau klausti: „Kas su tiltu vyksta dabar ir kas gali nutikti ateityje?“ Tokia technologija gali padėti pereiti nuo reaktyvios priežiūros, kai problemos sprendžiamos joms jau atsiradus, prie prognozuojamosios ir prevencinės priežiūros.
– Kaip dirbtinis intelektas keičia civilinės inžinerijos specialistų darbą? Ar DI pirmiausia yra priemonė, padedanti inžinieriams dirbti geriau, ar jis keičia pačios profesijos pobūdį?
– Manau, kad vyksta abu procesai. Trumpuoju laikotarpiu DI yra itin galingas inžinerinis įrankis. Jis gali padėti analizuoti didelius duomenų rinkinius, automatizuoti pasikartojančias užduotis, atpažinti defektus vaizduose, optimizuoti sprendimus ir paspartinti modeliavimą.
Tačiau ilgainiui, manau, jis pakeis ir pačios civilinės inžinerijos pobūdį. Inžinieriai vis dažniau dirbs su sistemomis, kurios nuolat renka duomenis ir teikia rekomendacijas. Todėl jų vaidmuo gali keistis: vietoj vien skaičiavimų atlikimo vis svarbiau bus prižiūrėti išmaniąsias sistemas, interpretuoti jų rezultatus, vertinti neapibrėžtumą ir priimti atsakingus sprendimus.
Vis dėlto nemanau, kad DI pakeis inžinerinį vertinimą. Infrastruktūros srityje itin svarbūs saugumas, tikslumas ir atsakomybė. Dirbtinis intelektas gali pateikti duomenis ir rekomendacijas, tačiau inžinieriai vis tiek turi įvertinti, ar šios rekomendacijos atitinka fizikos dėsnius ir ar jomis galima pasitikėti.
– Kokius tyrimus šiuo metu atliekate ir į kokius klausimus labiausiai norėtumėte rasti atsakymus?
– Šiuo metu mano moksliniai tyrimai daugiausia susiję su vis išmanesniais, arba kognityviniais, infrastruktūros skaitmeniniais dvyniais. Pastaruoju metu Londono imperatoriškajame koledže dirbu su DI pagrįstais trūkstamų duomenų atkūrimo metodais, skirtais skaitmeniniams dvyniams.
Viena iš realių stebėsenos sistemų problemų – jutiklių duomenys niekada nebūna visiškai tikslūs ir išsamūs. Jutikliai gali sugesti, nutrūkti duomenų perdavimas, o matavimai gali būti iškraipyti. Todėl keliame klausimą: ar išmanusis skaitmeninis dvynys gali atkurti trūkstamą informaciją ir kartu patikimai įvertinti fizinės konstrukcijos būklę?
Taip pat vis labiau domiuosi paaiškinamuoju dirbtiniu intelektu ir neapibrėžtumo vertinimu. Jeigu DI sistema inžinieriui praneša, kad tiltas gali būti pažeistas, nepakanka pateikti vien prognozę. Turime suprasti, kodėl sistema padarė tokią išvadą, kiek ji patikima ir ar jos paaiškinimas neprieštarauja konstrukcijų fizikos dėsniams.
Būtent DI, fizikos, neapibrėžtumo ir inžinerinių sprendimų priėmimo sąveika šiuo metu mane domina labiausiai.
– Šiuo metu esate kviestinis tyrėjas Londono imperatoriškajame koledže ir docentas Hertfordšyro universitete. Kaip darbas skirtingose mokslinių tyrimų institucijose ir šalyse formuoja jūsų požiūrį į mokslinę veiklą?
– Darbas skirtinguose universitetuose ir šalyse turėjo labai didelės įtakos mano požiūriui į mokslinius tyrimus. Studijavau Egipte, Lietuvoje ir Jungtinėje Karalystėje, bendradarbiavau su įvairių disciplinų ir skirtingos patirties mokslininkais.
Kiekviena institucija turi savitą mokslinių tyrimų kultūrą ir stipriąsias puses. Pavyzdžiui, Londono imperatoriškajame koledže susipažinau su itin stipria DI, skaičiuojamosios inžinerijos ir tarpdisciplininių tyrimų aplinka. O dėstymas Hertfordšyro universitete padeda nepamiršti inžinerijos pagrindų ir geriau suprasti, kaip ugdoma naujoji inžinierių karta.
Manau, kad darbas skirtingose aplinkose skatina neapsiriboti siaura specializacija. Jis primena, kad įdomiausioms inžinerinėms problemoms spręsti dažnai reikia bendradarbiauti su skirtingų institucijų, šalių ir disciplinų atstovais.
– Kaip, jūsų manymu, civilinė inžinerija atrodys po 10–20 metų?
– Manau, kad civilinė inžinerija taps kur kas labiau paremta duomenimis ir tarpusavyje susietomis technologijomis. Infrastruktūroje vis dažniau bus diegiamos integruotos jutiklių sistemos. Skaitmeniniai dvyniai leis nuolat atnaujinti pastatų, tiltų ir transporto tinklų skaitmeninius modelius. DI padės analizuoti šių sistemų duomenis ir anksčiau nustatyti galimas problemas. Taip pat vis svarbesnės taps robotinės ir autonominės patikros technologijos, ypač tikrinant sunkiai pasiekiamas ar pavojingas vietas.
Kitas svarbus pokytis – tvarumo ir viso infrastruktūros gyvavimo ciklo vertinimo integravimas į inžinerinius sprendimus. Užuot klausę tik „Ar galime pastatyti šį objektą?“, inžinieriai vis dažniau klausinės: „Kaip galime efektyviai eksploatuoti, prižiūrėti, pritaikyti ir galiausiai pakartotinai panaudoti šią infrastruktūrą per visą jos gyvavimo ciklą?“
Taip pat, manau, vis daugiau dėmesio bus skiriama infrastruktūros sistemoms, kurios ne tik stebimos, bet ir geba mokytis iš savo veikimo bei laikui bėgant prisitaikyti.
– Kokių naujų įgūdžių reikės būsimai civilinės inžinerijos specialistų kartai?
– Pagrindinės žinios ir toliau išliks būtinos. Ateities inžinieriams reikės išmanyti mechaniką, konstrukcijų analizę, medžiagas, matematiką ir gebėti priimti inžinerinius sprendimus.
Tačiau šalia šių pagrindų vis svarbesni taps ir papildomi įgūdžiai. Inžinieriai turės išmanyti programavimą, duomenų analizę ir dirbtinį intelektą. Taip pat reikės suprasti jutiklių veikimą, skaitmenines sistemas ir neapibrėžtumo vertinimą.
Galbūt dar svarbiau – gebėjimas dirbti tarpdisciplininėse komandose. Civilinės inžinerijos specialistas vis dažniau bendradarbiaus su informatikais, duomenų analitikais, robotikos inžinieriais ir DI tyrėjais.
Kartu itin svarbus išliks kritinis mąstymas. Kai dirbtinis intelektas gali beveik akimirksniu pateikti atsakymą, vertingiausias įgūdis bus gebėjimas įvertinti, ar tas atsakymas yra pagrįstas inžineriniu požiūriu.
– Žvelgiant atgal į savo profesinį kelią, ar buvo sprendimų arba lūžio momentų, kurie iš esmės pakeitė jūsų karjeros kryptį?
– Mano karjeroje buvo keli svarbūs lūžio momentai. Vienas jų – persikėlimas iš Kairo į Vilnių studijuoti magistrantūroje. Tai buvo pirmoji didelė mano tarptautinė akademinė patirtis. Būtent tuo metu pradėjau rimtai svarstyti, kad moksliniai tyrimai galėtų tapti ilgalaike mano karjeros kryptimi.
Kitas svarbus etapas buvo doktorantūros studijų pradžia Niukaslio universitete. Tuomet mano tyrimų kryptis pasikeitė – nuo tradicinės konstrukcijų inžinerijos perėjau prie konstrukcijų būklės stebėsenos ir skaitmeninių dvynių.
Su tuo susijusi ir gana juokinga asmeninė istorija. Doktorantūros studijų metu, kai tyrinėjau skaitmeninius dvynius, pats tapau dvynių mergaičių tėčiu. Taigi vienu metu dienas leisdavau dirbdamas su skaitmeniniais dvyniais, o grįžęs namo būdavau su savo tikrosiomis dvynėmis. Tai tapo nuolatiniu mūsų šeimos juokeliu, tačiau kartu padėjo įsiminti šį terminą.
Kalbant rimčiau, baigdamas doktorantūros studijas supratau, kad nenoriu skaitmeninių dvynių palikti tik kaip savo disertacijos temos. Mačiau, kokį didelį potencialą turi ši sritis, ypač ją derinant su konstrukcijų būklės stebėsena, jutikliais ir DI. Tai buvo svarbus sprendimas: užuot po doktorantūros pasukęs kita kryptimi, pasirinkau toliau plėtoti šią sritį ir skaitmeninius dvynius paversti viena pagrindinių savo mokslinių tyrimų krypčių.
Žvelgdamas atgal, matau, kad kiekvienas etapas – Kairas, Vilnius, Niukaslas, Hertfordšyras ir Londono imperatoriškasis koledžas – suteikė skirtingos patirties. Būtent šių asmeninių patirčių ir mokslinių interesų derinys padėjo skaitmeninių dvynių temą iš doktorantūros tyrimų krypties paversti ilgalaikiu profesiniu siekiu.
Plačiau
