Στα μέσα του προηγούμενου αιώνα αρχίσαμε να υπολογίζουμε με τη βοήθεια ηλεκτρονικών μηχανών. Ως τα τέλη του, σχεδόν όλοι μας έχουμε εξοικειωθεί με τα δαιμόνια μηχανάκια – τους υπολογιστές – και ξαφνιαζόμαστε από την ικανότητά τους να μας προβάλλουν αληθοφανείς εικόνες. Τα γραφικά τους έχουν ήδη κυριαρχήσει, τόσο στα βιντεοπαιχνίδια και την τηλεόραση όσο και στις κινηματογραφικές ταινίες. Δεν υπάρχει, θαρρείς, σημαντικό γεγονός που δεν μεταγλωττίζεται εικονικά μέσω της προσομοίωσης. Από το πώς έγινε το χτύπημα των Δίδυμων Πύργων ως την εισβολή στο Ιράκ, από το πώς σάρωσε το τσουνάμι τον Ινδικό ωκεανό ως την επέλαση του κυκλώνα στη Νέα Ορλεάνη και το πώς πετάει το νέο Airbus, όλα εξηγούνται με μοντέλα χτισμένα στον υπολογιστή. Αλλά πόσο «αληθινά» μπορούν να είναι όλα αυτά; Υπάρχει κάτι που διαχωρίζει τη φαντασία από την επιστημονικά ελέγξιμη παρουσίαση καταστάσεων και φαινομένων; Και πόσο τοις μετρητοίς πρέπει να παίρνουμε τα «μοντέλα» που προβλέπουν το μέλλον; Μήπως η προσομοίωση είναι η «μάγισσα και χαρτορίχτρα» της Κοινωνίας της Πληροφορίας;
Για όλα αυτά ρωτήσαμε έναν από τους πλέον ειδικούς διεθνώς, τον καθηγητή Στατικής και Δυναμικής των Κατασκευών στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο κ. Μανόλη Παπαδρακάκη. Τον συναντήσαμε λίγο προτού αναπτύξει σχετικό θέμα στο «Καφενείο της Επιστήμης» του Βρετανικού Συμβουλίου. H εκεί ομιλία του, την Πέμπτη 22 Ιουνίου, είχε τίτλο «H αθέατη πλευρά των επιστημών του Μηχανικού – Από τις αντισεισμικές κατασκευές στην Εμβιομηχανική». Αρχισυντάκτης και μέλος σύνταξης 10 διεθνών επιστημονικών περιοδικών της υπολογιστικής μηχανικής, έχει βαλθεί να φέρει τους νέους κοντά στις δυνατότητες της προσομοίωσης και να τους ετοιμάσει για τη νέα, ακόμη πιο εκρηκτική φάση εξέλιξής της. Πιστεύει ακράδαντα ότι ο νέος αιώνας έχει ήδη αρχίσει να χτίζεται με το εργαλείο της προσομοίωσης. Επομένως η γνώση αυτού του εργαλείου μάς είναι πολύτιμη.
– Μοντελοποίηση, προσομοίωση… Ακούμε όλο και περισσότερο αυτούς τους όρους στα δελτία ειδήσεων και στα ντοκυμαντέρ, αλλά τι ακριβώς σημαίνουν;
«Και με τους δύο όρους αναφερόμαστε στο ίδιο πράγμα: στην αναπαράσταση φυσικών φαινομένων ή συστημάτων στον υπολογιστή. Στο εντός του υπολογιστή μοντέλο εφαρμόζουμε μαθηματικές μεθόδους και νόμους της φυσικής προκειμένου να αναλύσουμε τη συμπεριφορά του φυσικού φαινομένου ή συστήματος. Χάρη στην αλματώδη αύξηση της υπολογιστικής ισχύος, μπορούμε πλέον να μελετούμε εξαιρετικά σύνθετα φαινόμενα».
– Ακούγεται εύλογο· μια εικονική πραγματικότητα για να μελετήσουμε την πολυσύνθετη πραγματικότητα του κόσμου μας… Ομως, γιατί πιστεύετε ότι χρειάζεται περισσότερη εκλαΐκευση;
«Ο κόσμος γνωρίζει τους συντελεστές που έδωσαν την τελική μορφή – τους αρχιτέκτονες, κυρίως, και τους κατασκευαστές προϊόντων. Αλλά δεν γνωρίζει έναν ολόκληρο κόσμο που βρίσκεται πίσω από αυτούς, τους επιστήμονες και τους μηχανικούς που ασχολούνται με την ανάλυση. Επίσης θα ήθελα να ξεκαθαρίσω ότι η υπολογιστική προσομοίωση δεν παρουσιάζει μια εικονική πραγματικότητα με την έννοια της ψευδούς, αλλά σε πλήρη ανταπόκριση με την πραγματικότητα. Στο μοντέλο περιλαμβάνονται όλα εκείνα τα χαρακτηριστικά που καθορίζουν τη συμπεριφορά του φυσικού φαινομένου ή συστήματος που εξετάζουμε».
– Ας δούμε πού χρησιμοποιείται η προσομοίωση στην Ελλάδα. Δεδομένης της αποβιομηχάνισης, είναι σωστό να υποθέσουμε ότι την αξιοποιεί κυρίως ο κόσμος των δομικών κατασκευών και εκείνος των πανεπιστημιακών ερευνητών;
«Ναι, αλλά αν το λέτε από τη σκοπιά της επαγγελματικής προοπτικής, θα σας πω εκείνο που λέω και στους φοιτητές μου: ότι η αγορά υπηρεσιών προσομοίωσης είναι παγκόσμια. Κάποιος που θα εξειδικευθεί σε αυτήν – μέσα σε οποιαδήποτε πολυτεχνική ή φυσικομαθηματική σχολή – μπορεί να εργασθεί για οποιονδήποτε πελάτη ή εργοδότη, είτε σε άλλη χώρα είτε από την Ελλάδα μέσω Διαδικτύου».
– Πώς ξεκίνησαν όλα αυτά; Πότε άρχισε να γίνεται αποδεκτή η προσομοίωση ως εργαλείο μελέτης;
«Είναι μια ιστορία που ξεκίνησε στον B’ Παγκόσμιο Πόλεμο. Τότε, αντιμέτωποι με το νέο μαχητικό αεροσκάφος Messersmidt των ναζιστών, οι Σύμμαχοι ανέτρεξαν στα σχέδια ακόμη πιο προηγμένων μοντέλων. Ομως το πιο κατάλληλο προϋπέθετε τη χρήση οπισθοκλινών πτερύγων στην ουρά – κάτι που ποτέ ως τότε δεν είχε κατασκευασθεί και κανείς δεν γνώριζε πώς θα συμπεριφερθεί στις πραγματικές συνθήκες πτήσης. Τη λύση έδωσε ένας έλληνας που είχε φοιτήσει στη σχολή πολιτικών μηχανικών του ΕΜΠ, ο Γιάννης Αργύρης, ο οποίος επινόησε την ανάλυση της συμπεριφοράς της ύλης μέσω θεωρητικού κατατεμαχισμού της σε τριγωνάκια – τη γνωστή ως Μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων. Κατά τη γνώμη μου, πρόκειται για τη μεγαλύτερη ανακάλυψη στις επιστήμες του μηχανικού στον 20ό αιώνα! Αν υπήρχε Βραβείο Νομπέλ στην περιοχή της Μηχανικής, το πρώτο για την Ελλάδα θα το είχε φέρει ο Γιάννης Αργύρης. Φαντασθείτε ότι μέσα στο Διαδίκτυο υπάρχουν 22 εκατομμύρια αναφορές στη μέθοδο αυτή, όταν για τη Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν υπάρχουν 14 εκατομμύρια. Μολονότι είναι άγνωστη στον μέσο άνθρωπο, οι περιοχές εφαρμογής της μεθόδου είναι απίστευτες: Από τη μηχανική των κατασκευών ως εκείνη των ρευστών, από τη διάδοση της θερμότητας ως τον ηλεκτρομαγνητισμό, από τη μοριακή φυσική ως την αστροφυσική… μπορεί να αναλύσει όλα τα φυσικά φαινόμενα που διέπονται από μερικές διαφορικές εξισώσεις. H γνωστή σε όλους εφαρμογή της είναι τα λεγόμενα «αστέρια παθητικής ασφάλειας» που βλέπουμε στις διαφημίσεις της αυτοκινητοβιομηχανίας. Χάρη στην προσομοίωση, τα χρονοβόρα και κοστοβόρα crash test των νέων μοντέλων αυτοκινήτων γίνονται στον υπολογιστή και όλα τα νέα αυτοκίνητα είναι ασφαλέστερα και ελαφρύτερα (άρα και οικονομικότερα στην κατανάλωση καυσίμων) από τα προγενέστερα. Πολύτιμες υπηρεσίες προσφέρει η προσομοίωση στη φαρμακολογία, στη βιολογία, στη μετεωρολογία, στην αρχαιολογία και στη μελέτη του περιβάλλοντος. Ενας κλάδος εφαρμογής όμως, που τώρα γιγαντώνεται, είναι η «εμβιομηχανική» (bio-engineering), στην οποία προσομοιώνεται το ανθρώπινο σώμα, τα μέλη, τα όργανά του και η λειτουργία τους. Τις δυνατότητες της προσομοίωσης θα μπορούν να αξιοποιούν κατά κόρον οι χειρουργοί που ενθέτουν μηχανικά «ανταλλακτικά» στο σώμα ή κατά τις επεμβάσεις αγγειοπλαστικής. Πρόσφατη επέκταση της εμβιομηχανικής είναι η μηχανο-βιολογία (mechano-biology), η οποία μέσω προσομοίωσης προβλέπει τη συμπεριφορά του όλου σώματος, ως συστήματος, μετά την όποια επέμβαση».
– Είπατε στην αρχή της συζήτησης ότι η προσομοίωση γίνεται εφικτή μέσω της υπολογιστικής ισχύος. Αυτό οδηγεί στο συμπέρασμα ότι οι πιο εξεζητημένες προσομοιώσεις είναι στα χέρια οικονομικά ισχυρών φορέων και οργανισμών. Κατά πόσον μπορεί ο αποδέκτης των πορισμάτων της προσομοίωσης – εσείς, εν προκειμένω – να ελέγξει την προσομοίωση που προέρχεται από έναν επώνυμο φορέα (π.χ., τη NASA);
«Ο μόνος δρόμος είναι μέσω της επιστημονικής τεκμηρίωσης. Αυτή δυστυχώς παίρνει πολύ χρόνο – πολλές δημοσιεύσεις και στάδια κριτικής».
– Στο πρόγραμμα της ομιλίας σας, στο Καφενείο της Επιστήμης, αναφέρονται ως κύριοι άξονες συζήτησης η αξιοπιστία της προσομοίωσης, οι κίνδυνοι από μια μηχανιστική αποδοχή της και ο προσδιορισμός των ορίων της…
«Ο λόγος είναι ακριβώς ότι στον τεχνικό κόσμο επικρατεί η τάση να θεωρούμε ότι εφόσον υπάρχουν τα προγράμματα ανάλυσης μπορούμε να είμαστε σίγουροι για τα αποτελέσματα της προσομοίωσης. Ομως δεν είναι έτσι. Πρέπει να γνωρίζει κανείς ποιες είναι οι παραδοχές και τα όρια των προγραμμάτων αυτών, ώστε να τα αξιοποιεί σωστά. Ενώ η χρήση των προγραμμάτων είναι εύκολη – ακόμη και από μη τεχνικούς – η αξιολόγηση της καταλληλότητάς τους δεν είναι εύκολη υπόθεση».
– Διακρίνετε λοιπόν το πνεύμα του καταναλωτισμού να έχει καταλάβει και τους μηχανικούς μας; Αφηνόμαστε όλοι στο θέσφατο «κλειστών κουτιών»;
«Ακριβώς. Ακόμη και στον χώρο των πολυτεχνείων υπάρχει η εκτίμηση ότι δεν χρειάζεται να κουράζουμε τους φοιτητές μας με την εκμάθηση της θεωρίας πίσω από τα προγράμματα προσομοίωσης… Ισως ότι δεν χρειάζεται ακόμη και η επιστήμη που βρίσκεται πίσω από όλα αυτά!».
– Αντιλαμβάνομαι σωστά ότι πίσω από αυτή σας την κριτική υπάρχει η διαπίστωση ότι αρχίζει να κυριαρχεί η ημιμάθεια και στους μηχανικούς μας;
«Βεβαίως… η ημιμάθεια και η εύκολη λύση. Αυτό συμβαίνει και με τους φοιτητές μας – το βλέπουμε καθημερινά. Αποφεύγουν κάθε δύσκολο μάθημα, κάθε μεγάλη προσπάθεια, κάθε σύνθετη σκέψη… διότι όλα τούς προφέρονται πολύ εύκολα».
– Αρα, αν θυμηθούμε τον νέο νόμο που μεταφέρει όλη την ευθύνη των οικοδομών στον μηχανικό, στο άμεσο μέλλον μπορεί να έχουμε μηχανικούς που θα καταλογίζουν την ευθύνη «στο κουτί»!
«Στο «κουτί» ή – ακόμη πιο σημαντικό – στους κανονισμούς. Διότι και οι κανονισμοί, ξέρετε, στηρίζονται σε κάποιες παραδοχές που δεν έχουν πλήρως διερευνηθεί. Μια παράμετρος λοιπόν του θέματος της προσομοίωσης είναι ότι πρέπει να ελέγξουμε μέσω αυτής και τους κανονισμούς. Αλλά, προτού φτάσουμε να δείξουμε στην πολιτεία τι ευσταθεί και τι όχι, πρέπει πρώτα να πείσουμε την επιστημονική κοινότητα. Διότι, δυστυχώς, υπάρχουν διαφορετικοί κόσμοι μέσα σε αυτήν που δεν επικοινωνούν. Πρέπει μέσω της τεκμηρίωσης της προσομοίωσης και της αξιοποίησής της να χτίσουμε αυτή τη γέφυρα επικοινωνίας».
– Τότε καταλαβαίνω ότι το Καφενείο της Επιστήμης είναι για σας απλά το πρώτο βήμα…
«Σωστά. Διοργανώνουμε για τον επόμενο χρόνο, στην Κρήτη, ένα παγκόσμιο συνέδριο με θέμα την προσομοίωση των αντισεισμικών κατασκευών (COMPDYN 2007). Είναι πρωτοποριακό και έχει ήδη συγκεντρώσει έντονο διεθνές ενδιαφέρον. Εκεί θα συζητήσουμε όλα αυτά τα θέματα που προείπα περί κανονισμών και της καταλληλότητάς τους».
– Μιλώντας για αντισεισμικότητα, πείτε μας πώς μπορεί μια προσομοίωση συμπεριφοράς κτιρίων εν σεισμώ να είναι κατάλληλη για πόλεις και περιοχές με εντελώς διαφορετικά εδαφολογικά δεδομένα;
«Θέτετε ένα πάρα πολύ σοβαρό πρόβλημα, αυτό της καταλληλότητας των παραμέτρων. Αν δεν έχουμε όλες τις επιτόπιες παραμέτρους, η προσομοίωση μπορεί να είναι σωστή ως μηχανισμός αλλά τα αποτελέσματά της λάθος. Γι’ αυτό και είναι πρώτης προτεραιότητας η διεπιστημονική συνεργασία, προκειμένου να έχουμε όλες τις παραμέτρους του κάθε φαινομένου. Αλλά είναι και ένα πρόβλημα που θα πρέπει να αντιμετωπίσουμε με νέες μεθόδους και υπολογιστικά εργαλεία στα επόμενα χρόνια, καθώς προχωρούμε στην προσομοίωση ακόμη πιο σύνθετων φαινομένων, που είναι στοχαστικά και όχι ντετερμινιστικά».
– H απάντησή σας με προκαλεί να σας πω ότι, ως πολίτης σεισμοπαθούς χώρας, αισθάνομαι ότι προσομοιώνετε τη συμπεριφορά των κτιρίων εν σεισμώ, αλλά όχι της πόλης. Δεν θα έπρεπε να υπάρχουν προσομοιώσεις για κάθε πόλη σε ζώνη σεισμικής επικινδυνότητας, που θα παρέχουν στις αρχές ένα πραγματικά βέλτιστο σχέδιο εκκένωσής της την κρίσιμη ώρα;
«Είναι ένα εξαιρετικά σύνθετο πρόβλημα που εντάσσεται σε αυτά που θα αντιμετωπιστούν μελλοντικά. Χρειάζονται νέοι μαθηματικοί αλγόριθμοι για μια τέτοια προσομοίωση όπου υπεισέρχεται η διαχείριση αβεβαιοτήτων. Το όποιο αποτέλεσμα της προσομοίωσης δεν θα είναι απόλυτο, αλλά θα προσδιορίζεται με όρους πιθανοτικούς. Στο πλαίσιο αυτό θα είναι εφικτή η διαβάθμιση οικιστικών περιοχών ως προς τη σεισμική επικινδυνότητα, λαμβάνοντας υπ’ όψη σεισμολογικά και γεωτεχνικά χαρακτηριστικά καθώς και το είδος των κτιρίων και τη χρονολογία κατασκευής τους. Αντιλαμβάνεσθε ότι η σύνταξη τέτοιων ζωνών επικινδυνότητας είναι εγχείρημα εξαιρετικά χρονοβόρο και δαπανηρό».
