Komplex áramlástani jelenségeket egyszerűsít a robotfoci-világbajnok kutató - Interjú Kalmár-Nagy Tamással
Sokféle témában kutatok, és a mechanisztikus turbulenciának van áramlástechnikai relevanciája, amely ráadásul egy érdekes, nagy hagyományokkal rendelkező modell.
Milyen kutatásokat végez ezen belül?
A turbulencia nagyon komplex folyamat. Én viszont szeretek jelenségeket addig egyszerűsíteni, ameddig középiskolás, vagy az elsőéves egyetemi tananyag szintjén lehet azt vizsgálni. A mechanisztikus turbulencia-modell jól csengő megfogalmazás, de nem feltétlenül jelenti azt, hogy a turbulencia valós modelljéről lenne szó. A modellünket a Richardson-féle örvénykaszkád ihlette, amely szerint a nagy örvény kettővé válik, és ez a kettő megint osztódik. Richardson modellje intuitív, még akkor is, ha nem fedi teljesen a valóságot. A mi mechanisztikus turbulenciamodellünk egy tömeg-rugó-csillapítás rendszer – a Richardson-féle modellnél a nagy tömeget feleltetjük meg az örvénynek, a tömeg mérete a frekvenciával, vagy az örvény forgási sebességével hozható vizuálisan kapcsolatba. Erről a nagy tömegről két rugóval két kisebb tömeg lóg le, ez jelenti a két különböző frekvenciasávot jelképezve egy bináris, fa alakú, szép matematikai struktúrát hoz létre.
A megjelentetett publikációk ebből érdekes újdonságokat hoztak. Ezeket Bak Bendegúzzal (akkor doktoranduszom, ma már adjunktus az Áramlástan Tanszéken) közösen írtuk, az alkalmazásánál Dr. Kristóf Gergely docenssel dolgozunk együtt. Ő vetette fel az ötletet, hogy a mechanisztikus turbulenciamodell alkalmazható lenne akár valós turbulenciamodellként. Az ebben az értelemben vett turbulenciamodellel az áramlástan alapját képező Navier-Stokes egyenletek lezárhatóak, most ezen is gondolkodunk.
A mechanisztikus turbulencia modellek csoportjába tartozó, úgynevezett héj-modellek is léteznek, amely a turbulenciához hasonlóan több idő és több hosszskálán lezajló folyamatok. A héjmodelleknél is különböző frekvencia-tartományon zajló folyamatokat egyszerűsítünk és kapcsolunk egymáshoz. Más jelenségeket is lehet magyarázni ilyesmi modellek segítségével.
Miként lehet alkalmazni ezeket az eredményeket?
A turbulencia legfontosabb része, hogy különböző hossz- és időskálák között oda-vissza energiaáramlás történik. Ez felhasználható egyébként a lengések és rezgések minél jobb csillapítására, hogy a rendszer energiáját kivezessük valahol. De az ellenkezőjére is akad példa, hogy minél több rezgést bent tartsuk a rendszerben. Egy golyóálló mellényben például rögtön, minél gyorsabban el kell oszlatni a becsapódásból keletkező energiát.
Összességében, akkor tudunk megfelelően tervezni, ha megértjük az energia áramlását a rendszerben.
Milyen más kutatásokkal foglalkozik még?
Doktori tanulmányaim során és a post-doc időszakom kezdetén robotfocival is foglalkoztam, a New York állambeli Cornell Egyetemen jó robotfoci-csapat jött össze. A robotfoci megalkotásának szépsége, hogy számos tudományterület kooperációja, például számítástechnika, gépészmérnöki, villamosmérnöki tudás szükséges hozzá. Én terveztem a pályageneráló rutint és a matematikáját is. Azaz, hogy egy pontból hogy juthat el a robot egy másik pontba minél gyorsabban, minél energiatakarékosabban. A RoboCup verseny kisméretű robotok ligájában, ahol a robotok egy pingpongasztal-méretű pályán játszottak, két alkalommal is világelsők lettünk, Raffaello D'Andrea professzor vezetésével.
Drónokkal foglalkozunk és helikoptert is építettünk, és terveztük autonóm módon röptetni is. Egy leadott pályázat alapján azzal szeretnénk foglalkozni, hogy hogyan tudunk drónflottákat vezérelni, és ezeket szenzorhálózatként használni, például erdőtüzek, zajforrások feltérképezésénél, különböző helyekről felvételek készítésénél. A flotta stabilitása és a drónok egymás közötti kommunikációja egyaránt fontos, és abban ez is hasonlít a mechanikai rendszerekre, hogy azok bár nem rádión, hanem rugókon, vagy rugalmas anyagokon keresztül, de ugyanúgy kommunikálnak egymással. A szélcsatornában is röptettünk drónokat.
A drónokkal kapcsolatban a multi-agent probléma is felmerült. A klasszikus ügynökprobléma azt vizsgálja, hogy hogyan teheti meg az utazó ügynök a legrövidebb utat egy a felkeresendő címek között. Ezeknek a továbbfejlesztett változatát is vizsgáljuk – hogy az áruszállító drónok hogyan tudnak több cím között a legrövidebb úton, legkisebb energiafelhasználással működni.
A fő kutatási vonulatom a nemlineáris dinamika, amelyet áramlástechnikai problémák megoldásánál is használunk. Nemlineáris dinamikai módszerekkel nemcsak a repülőgépek szárnyrezgéseit, hanem vírusterjedési modelleket is vizsgálunk nemlineáris dinamikai módszerekkel, abból a célból, hogy mennyire lehet közelíteni valós adatokkal. Szennyezőanyagok terjedésének vizsgálatát az Áramlástan Tanszéken mért adatokkal pár éve kezdtem el, több cikkünk is megjelent, amiben a turbulens struktúrák időbeli szerkezetét vizsgáljuk.
Milyen további tervei vannak?
A kutatást elsősorban élvezetes tevékenységnek tartom, és az is célom, hogy a kutatócsoportom is élvezze. Számomra az is élmény, hogy a BME-n milyen magas színvonalon kutató kollégákkal dolgozhatok együtt. Szeretek sok témával foglalkozni egyszerre. Tucatnyi, vagy még több kutatási témám van, régről is hozok magammal néhányat, és új problémákat is szívesen a keblemre ölelek.
Benesóczky László
Megjegyzések
Megjegyzés küldése