Une équipe de recherche de Massachusetts Institute of Technologyavec des contributions de membres de l’Université du Wisconsin, des studios LightSpeed et du Dartmouth College, a fait un logiciel potentiellement capable d’auto-concevoir la chambre de combustion d’un moteur thermique. Le projet est en fait plus ambitieux, étant le nouvel outil informatique conçu pour optimiser les systèmes dynamiques des fluides de toute nature, des turboréacteurs aux puces d’analyse sanguine, en passant par les cœurs artificiels pouvant être implantés chez les patients cardiaques. Le logiciel se distingue des techniques d’optimisation déjà répandues sur le marché, permettant de dessiner des formes plus complexes et améliorant les performances des machines en question. Parmi les nombreuses applications possibles, le MIT indique que les moteurs à combustion peuvent également bénéficier d’une technique de conception similaire. Ils ont collaboré au projet Yifei Lidiplômé en génie électrique et informatique; Tao vousprofesseur associé à l’Université Tsinghua ; Wojciech Matusijprofesseur de génie électrique et d’informatique.
Des techniques d’optimisation sont également connues dans le domaine de la conception de structures solides. Le logiciel analyse la répartition des contraintes dans la structure et élimine les matériaux superflus, créant des formes complexes et optimisées pour obtenir le compromis optimal entre légèreté et résistance. De même, dans le domaine de la dynamique des fluides, il est possible d’optimiser la forme d’un conduit, d’une tuyère, d’un diffuseur ou d’une chambre de combustion selon l’objectif recherché dans le comportement du fluide. Les techniques d’optimisation automatique pilotées par logiciel minimisent les itérations manuelles pour le concepteur, éliminant ainsi le besoin de simuler et de corriger manuellement les formes puisque le processus est hautement automatisé. Cependant, dans le domaine de la dynamique des fluides, les techniques actuellement répandues présentent des limites, comme par exemple le recours à une discrétisation tridimensionnelle par éléments finis cubiques ou la nécessité de prédéfinir une forme de départ générique. Yfei Li explique : « Une fois que vous avez fait cette hypothèse, tout ce que vous obtenez, ce sont des variations dans la même famille de formes. Cependant, notre système n’a pas besoin d’hypothèses similaires, car il a un grand nombre de degrés de liberté de conception grâce à la discrétisation du domaine en éléments finis, petits et nombreux, dont chacun a une forme variable. […] Désormais, toutes ces étapes peuvent être effectuées de manière transparente le long d’une chaîne de calcul. Potentiellement, de meilleures machines peuvent être créées avec notre système en évaluant de nouvelles formes qui n’ont jamais été étudiées à l’aide de méthodes manuelles. Peut-être y a-t-il des formes qui n’ont pas encore été explorées pas même par les experts ».
En effet, la technique d’optimisation MIT est basée sur éléments finis dont les surfaces peuvent prendre différentes inclinaisons, avec la possibilité de modéliser sa forme avec précision. Tout cela augmente le degré d’approximation et la complexité des géométries dessinées par le logiciel. La nouvelle la plus importante, cependant, concerne l’anisotropie des éléments eux-mêmes, avec la possibilité de définir différentes propriétés en fonction de la direction. Cette fonctionnalité permet une meilleure modélisation des surfaces d’interface entre les éléments, avec une transition linéaire. Yfei continue : « Lorsque vous allez dans le sens du solide, vous souhaitez modéliser les propriétés du matériau solide. Mais quand on va dans la direction du fluide, on veut modéliser son comportement. Cela nous a inspiré à utiliser matériaux anisotropes pour représenter l’interface solide-fluide. Cela nous permet de modéliser très précisément le comportement de cette région. »
La technique d’optimisation MIT consiste donc à simuler une forme, qui est ensuite comparée aux objectifs demandés par le concepteur et, en fonction des résultats, il apporte des corrections pour ensuite refaire la simulation. Le logiciel est capable de optimiser près de quatre millions de variables, donnant vie à des formes complexes qui peuvent ensuite être créées avec des techniques de fabrication additive. Parmi les tests menés, l’algorithme a conçu indépendamment la forme du diffuseur d’un turboréacteur en adoptant une approche non conventionnelle, divisant la section de sortie en seize sous-éléments, tout en parvenant à contourner un obstacle et à trouver un meilleur comportement. Karl Willis, responsable principal de la recherche chez Autodesk Research, a commenté la recherche, bien qu’il n’y ait pas participé : « Ce travail permet de résoudre le gros problème d’automatisation et d’optimisation de la conception des machines hydrauliques, que l’on retrouve partout. Prenez-nous un pas de plus vers les outils de conception générativeauquel ils peuvent réduire le nombre d’itérations manuelles requises du concepteur et générer des formes innovantes optimisées et plus efficaces ». Il ne reste plus qu’à attendre de voir si le logiciel du MIT deviendra commercial et éventuellement si cela contribuera à améliorer l’efficacité du moteur thermique, générant de nouvelles formes pour la chambre de combustion.