Forscher des amerikanischen Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben eine Software für Handys mit Googles Betriebssystem Android entwickelt, die komplizierte physikalische Berechnungen ausführt, für die man sonst einen Großrechner benötigen würde. Sie soll einmal Forschern außerhalb des Labors die Arbeit erleichtern und für die Steuerung von Fahrzeugen und Robotern eingesetzt werden. Eine Demo kann man kostenlos herunterladen.
Die Theorie hinter der Android-Applikation wollen Phuong Huynh, Professor Anthony T. Patera und John Peterson, der am Texas Advanced Computer Center arbeitet, in einer der nächsten Ausgaben der Zeitschrift Computers and Fluids veröffentlichen. Der Clou an der Applikation ist, dass die Berechnungen tatsächlich auf dem Handy ausgeführt werden und nur Sekunden dauern. Eine Online-Verbindung zu einem Supercomputer ist nicht notwendig.
Trotzdem würde die Applikation ohne Supercomputer nicht funktionieren. Sobald die Forscher ein Problem gefunden haben, das sich durch einen Satz von Parametern darstellen lässt, lösen sie es auf einem Großrechner für 10 bis 50 Parametersätze. Die vorherberechneten Werte werden dabei sorgfältig ausgewählt, um ein möglichst breites Spektrum von Problemlösungen abzudecken. Das entstehende "Modell" wird auf das Handy geladen, das dann mit Hilfe der fertigen Parameterwerte neue Parametersätze selbst berechnen kann.
Der Schlüssel zu dem System ist die Fähigkeit, das Ausmaß eines Fehlers zu ermitteln, der in der Näherungsrechnung eines Großrechners steckt, erklärt MIT-Forscher David Knezevic. Über dieses Thema hat Professor Patera seit fast zehn Jahren geforscht. Die Analysetechniken, die mit seiner Hilfe entwickelt wurden, werden bei der Herstellung der "Modelle" benutzt. Dadurch könne man Parameter auswählen, die Schritt für Schritt den Fehler reduzierten.
Die Berechnung der Fehlerschranken ist auch eine Funktion der Smartphone-Applikation. Für jede Näherungslösung zeigt das Programm die Fehlerschranke an. Der Anwender kann dann selbst einen Kompromiss zwischen Rechengeschwindigkeit und dem Ausmaß des Fehlers finden. Im Allgemeinen bliebe aber der Fehler auch bei Berechnungen, die weniger als eine Sekunde benötigten, unter einem Prozent.
Für jedes mathematische Problem muss der Anwender also ein eigenes "Modell" einsetzen. Die "Modelle" benötigen nach Angaben der Forscher aber nur sehr wenig Speicherplatz. Auf einem typischen Smartphone hätten Tausende Platz. Die herunterladbare Version der Software biete bereits Modelle für neun Probleme. Dazu gehöre die Wärmeausbreitung in Objekten mit verschiedenen Formen, die Berechnung von Flüssigkeitsströmungen um sphärische Körper, und die Krafteinwirkungen auf einen beschädigten Pfeiler. Weitere "Modelle", welche die Forscher für neue Problemklassen entwickeln, sollen online bereitgestellt werden.
Die Software kann nicht nur eingesetzt werden, um zum Beispiel in Abhängigkeit von der Größe eines sphärischen Objekts die Strömung der umgebenden Flüssigkeit zu berechnen. Umgekehrt könnte man auch aus der am Ende eines Rohres gemessenen Strömung die Größe des Hindernisses berechnen. Dafür müsste man an einem Großcomputer beispielsweise 30 verschiedene Parametersätze durchrechnen, was 30 Stunden dauern kann. Auf dem Telefon könne man die 30 Sätze in 30 Sekunden berechnen, sagen die Entwickler. Man habe bereits eine zweite Applikation für diese Art Umkehrprobleme entwickelt.
Ein weiteres Einsatzgebiet: Bremssysteme für Automobile, autonome Roboter und andere Regelsysteme bestimmen ihr Verhalten auf Grund von Sensordaten. Die Forscher verwenden viel Zeit darauf, praxistaugliche Näherungsberechnungen für komplexe physikalische Probleme zu finden. Damit sollen die Geräte schneller auf ihre Umwelt reagieren können, um in Echtzeit einsatzfähig zu sein. Durch die Ergebnisse von Knezevic, Huynh und Patera könnten solche Näherungsberechnungen genauer und einfacher durchgeführt werden.
Supercomputing-App auf Android-Smartphone (Bild: MIT)
Themenschwerpunkt: Android
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