пресс-центр

Будь в курсе всех новостей

ОСТАВАЙТЕСЬ С НАМИ

Как изучать летающих змей? Конечно, с помощью GPU

NVIDIA Blog NVIDIA Blog
NVIDIA Blog http://blogs.nvidia.com/blog/2013/10/31/flying-snakes/

 

Забудьте про культовый фильм «Змеиный полет». Настоящим летающим змеям не нужны самолеты.

Парящие змеи – отнюдь не мифологические существа, а настоящие змеи, которые могут пролетать значительные расстояния. Живут они в тропических лесах Индии и Юго-Восточной Азии. Даже для ученых летающие змеи все еще являются загадкой.

Каким образом эти существа могут лететь так далеко? И как можно изучить их необычное поведение без путешествий в далекие уголки земли?

Ответить на эти вопросы помогает  ускоренная на GPU компьютерная модель, которая впервые используется для изучения аэродинамических свойств феномена летающих змей.

Лорена Барба, профессор-адъюнкт по механической и авиационно-космической технике при Университете Джорджа Вашингтона в штате Вашингтон, возглавляет команду, которая занимается моделированием аэродинамических свойств летающих змей с помощью разработанного в стенах университета приложения по вычислительной гидродинамике (CFD) и графического ускорителя Tesla K20.

Сегодня летающие змеи. Завтра - летающие роботы?

Ученые часто находят вдохновение у природы, когда нужно решить задачи механического мира. В случае летающих змей решение природы выглядит очень элегантным. Чтобы убежать от хищника, найти пищу или просто перескочить с одного места на другое, змеи могут пролететь до 21 метра!

 
Мощные  компьютерные инструменты помогают ученым понять принцип далекого полета этих  существ.

Мощные компьютерные инструменты помогают ученым понять принцип далекого полета этих существ. (Источник: статья на arXiv.org -- arXiv:1309.2969 [physics.flu-dyn])

Команда Лорены Барбы не только в точности смоделировала аэродинамику летающих змей – ее  работу можно применять и для разработок в других областях. Например, для создания футуристических “летательных микроаппаратов” – крошечных летающих роботов размером с насекомое, которых можно использовать в коммерческих, научных и военных областях.

Ярко-зеленая с оранжевыми акцентами змея Chrysopelea paradis, которая также известна как украшенная древесная змея, является превосходным пилотом. Эта метровая ядовитая змея не только перелетает на длинные расстояния, но и может менять курс прямо в полете.

Змеи начинают свой полет с веток деревьев. Сорвавшись с дерева, чтобы увеличить площадь тела, путем вращения ребер они сплющивают свое тело. Во время полета сплюснутое тело движется зигзагообразно, что и позволяет змеям парить.

Наблюдать за ними очень интересно:

Ускоренная на GPU гидродинамическая модель проливает свет на подъемную силу

При подготовке к своему исследованию Лорена Барба интересовалась преимущественно одним, наиболее интригующим аспектом летательных способностей этих змей.

Как показал эксперимент в воздушном туннеле с моделями тела змеи, при определенном угле атаки (траектория змеи по отношению к потоку воздуха) возникает определенное увеличение подъемной силы. Неясно, используют ли эту подъемную силу змеи в природе, но изучение этого аспекта могло бы быть интересно для дальнейших исследований.

Chrysopelea paradisi, также известная как украшенная  древесная змея, - отличный пилот.

Chrysopelea paradisi, также известная как украшенная древесная змея, - отличный пилот.

С помощью ускоренного на GPU метода моделирования вычислительной гидродинамики, который часто применяют для изучения взаимодействия воздушных потоков с самолетами, автомобилями и другими транспортными средствами, команда Лорены Барбы разработала собственную модель и подтвердила, что оптимальная аэродинамическая подъемная сила возникает при угле атаки в 35 градусов.

Кроме того, компьютерные симуляции позволили ученым менять скорость и угол атаки и наблюдать за вращением воздушного потока, что абсолютно невозможно в условиях живого эксперимента.

 

Следующий шаг  - летающие змеи в 3D!

Команда Лорены Барбы тщательно изучила аэродинамику летающих змей с помощью всего лишь одного ускорителя Tesla, установленном в обычном настольном компьютере.

В настоящий момент ученые работают с 2D-сечением тела змеи, поэтому Лорена планирует добавить еще несколько графических процессоров, чтобы создавать сложные 3D-модели всего тела и выяснить, почему эти змеи летают так здорово.

Сейчас Лорена привлекает других ученых для совместной работы. Приложение вычислительной гидродинамики, скрипты и данные, необходимые для воспроизведения экспериментов, находятся в свободном доступе.

Хотите узнать больше о летающих змеях и GPU? Посетите стенд NVIDIA (#613) на  конференции Supercomputing 2013 (SC13) в Дэнвере, чтобы послушать презентацию профессора Барбы.

Не собираетесь на SC13? Не проблема. Все презентации со стенда NVIDIA будут транслироваться в режиме онлайн на странице SC13 на сайте NVIDIA. Ознакомиться с материалами профессора Барбы можно здесь.