Моделирование биореакторов ускорили в 10 000 раз

Исследователи из Технологического университета Граца (TU Graz) под руководством Стефана Радла разработали программный инструмент CLARA, который позволяет моделировать процессы в промышленных биореакторах в 10 000 раз быстрее по сравнению с подробными гидродинамическими расчётами.

Инструмент «Австрийский алгоритм кластеризации» (CLARA) автоматизирует создание упрощённых моделей с помощью методов машинного обучения без учителя. Инструмент группирует миллионы точек данных из коротких симуляций вычислительной гидродинамики (CFD) в 5–50 взаимосвязанных зон (отсеков).

Преимущество подхода — существенное упрощение расчётных моделей при сохранении информативности данных. Инструмент учитывает важные физические эффекты, например наличие в биореакторе «мёртвых зон» с недостаточным перемешиванием или участков с высокими сдвиговыми усилиями, а также реалистично моделирует обмен веществ между газовой и жидкой фазами.

Особое внимание разработчики уделили физической согласованности моделей: они создали алгоритмы оптимизации упрощённых моделей, гарантирующие сохранение баланса массы. Первоначальные проверки с использованием аналитических эталонов и подробных данных CFD подтвердили высокую точность алгоритма.

По словам Стефана Радла, CLARA может применяться в разных сферах — от реакторов для улавливания CO2 до процессов производства аккумуляторных элементов. Инструмент уже используется в рамках докторской диссертации в центре «Биоэнергетика и устойчивые технологии» и в спин-оффе Грацского технического университета — компании SimVantage; его выложили в открытый доступ в публичном репозитории.

Ранее по теме: ИИ-система WorldParticle смоделирует поведение разных веществ — от песка до белков

Источник: EurekAlert!