Да си в топ 100 в света! Изследователят Радостин Митков пред ФАКТИ

Изследователят от Институт GATE към СУ "Св. Климент Охридски" Радостин Митков беше удостоен с наградата AWE Best Student Paper Award за научна разработка, отличена сред над 100 изследвания от цял свят. Признанието беше присъдено по време на Международния симпозиум по компютърно моделиране на въздушни потоци в Канада - форум, който се провежда веднъж на четири години и събира водещите учени в областта. Отличеното изследване разглежда един от фундаменталните въпроси пред съвременните инженерни симулации – как може да бъде оценена и гарантирана тяхната надеждност при подпомагането на реални решения, свързани с градската среда, инфраструктурата, качеството на въздуха и проектирането на сгради. Пред ФАКТИ говори Радостин Митков

- Г-н Митков, вашата научна разработка, която разглежда надеждността на компютърните симулации, беше отличена с AWE Best Student Paper Award сред над 100 изследвания от цял свят. С какво спечелихте журито?
- Компютърните симулации за флуидна динамика (Computational Fluid Dynamics) или CFD симулациите, както често ги наричаме, ни позволяват да видим как се движи въздухът между сградите, без да правим скъпи физически експерименти. Тези симулации обаче не са на 100% точни и винаги има определена несигурност в получените резултати. Задачата ни като инженери е да оценим тази несигурност и възможните грешки.
Нашата работа предлага обединен модел, който едновременно разглежда два основни източника на грешки, вместо да ги анализира поотделно, както често се прави досега. Освен това показва как оценката на несигурността може да бъде взета предвид във финалния анализ на резултатите от симулацията. Смятаме, че именно този фокус върху надеждността на симулациите е направил впечатление на журито и е допринесъл за наградата.

- Защо този въпрос е толкова важен за реалните решения в градската среда и инженерството?
- В градската среда всяка сериозна промяна, като построяването на нова висока сграда или жилищен комплекс, може да повлияе на движението на въздуха и на качеството на въздуха. Инженерите все по-често използват компютърни симулации, за да прогнозират тези ефекти предварително, още на етап проект.
Ако обаче не знаем доколко са надеждни тези симулации, рискуваме да вземем решения, които на практика не работят или дори могат да влошат условията. Затова е важно не само да получим резултат, но и да знаем доколко можем да му се доверим.

- Работите върху модели, които анализират движението на въздуха между сградите. Какво могат да ни покажат тези симулации за качеството на живот в големите градове?
- CFD симулациите помагат да идентифицираме зони с ниска вентилация, силен вятър или неприятни вихри, които влияят на пешеходния комфорт. Така можем да оценим къде е вероятно хората да усещат силни пориви, които правят ходенето неприятно или дори опасно, и къде условията са по-меки и подходящи за отдих.
Подобен тип анализи все още не са широко разпространени в София, тъй като за града по-значимият проблем е качеството на въздуха. CFD симулациите обаче могат да ни помогнат и да разберем как се разпространяват замърсителите – например тези от автомобилния трафик или свързани с промишлена дейност.
Можем да идентифицираме проблемни зони със застоял въздух и високи нива на замърсяване, както и места, където замърсителите се изнасят по-бързо. Това позволява да се разбере по-добре как градската среда влияе върху разпространението на замърсяването.

- Като част от екипа, разработил Цифровия двойник на София, как тази технология може да помогне на столицата да стане по-здравословно и устойчиво място за живот?
- Цифровият двойник на София представлява виртуално копие на града, което е обогатено с различни данни за сгради, инфраструктура, транспорт, потребление на енергия, качество на въздуха и други характеристики на градската среда.
Това позволява да се тестват сценарии във виртуална среда, които биха били скъпи или невъзможни за изпробване в реалността. Например можем да изследваме как ще се променят ветровите условия около нова сграда или какво ще се случи с преноса на замърсители при реконструкция на улици.
Така можем предварително да оценим потенциалните ефекти и да избегнем решения, които създават неблагоприятни условия от гледна точка на силен вятър или високи нива на замърсяване.
Освен това цифровият двойник улеснява комуникацията, защото резултатите могат да бъдат визуализирани по достъпен начин. Така както гражданите, така и местните власти могат по-ясно да видят потенциалните ефекти от дадено градоустройствено решение.

- До каква степен изкуственият интелект и машинното обучение променят начина, по който се изследват ветровите процеси и замърсяването в градска среда?
- Изкуственият интелект и машинното обучение навлизат в изследването на ветровите процеси основно чрез модели, които могат да ускорят симулациите. Класическите CFD изчисления са тежки и отнемат много време и изчислителен ресурс, особено когато се търси висока точност в сложна градска геометрия.
Машинното обучение може да се използва за създаване на модели, които ни предоставят краен резултат много по-бързо от пълните високорезолюционни симулации. Такива ускорени модели позволяват да се анализират много повече сценарии – например различни варианти за височина и ориентация на нови сгради, както и различни посоки и условия на вятъра.
Така можем да направим по-пълна оценка на потенциалните рискове и ползи още преди дадено решение да бъде реализирано в реалната градска среда.

- В последните години все по-често се говори за замърсяване на въздуха и градски „горещи точки“. Могат ли вашите разработки да помогнат на местните власти да вземат по-добри решения за градското планиране?
- Нашите разработки могат да помогнат за идентифицирането на проблемни точки със замърсяване, след което да се изследват потенциални варианти за тяхното смекчаване. Когато градското планиране стъпва на добре проверени модели, рискът от непредвидени негативни ефекти намалява. Това означава по-информирани решения за това къде да се изграждат нови сгради, как да се оформят улици и площади и къде са най-подходящите места за зелени площи, които могат да подпомагат проветряването и да влияят върху концентрацията на замърсители.

- Специализирали сте във Von Karman Institute for Fluid Dynamics в Белгия – един от водещите центрове в света по аеродинамика. Какво научихте там, какво е различното в този център…
- Von Karman Institute for Fluid Dynamics в Белгия е място, където науката работи в много тясна връзка с индустрията. Там се разработват модели и се провеждат експерименти съвместно с компании от авиацията, енергетиката, двигателостроенето и други високотехнологични области, така че научните резултати бързо да стигат до реални приложения.
Най-интересното, което може да се види и научи там, е именно това, че добрата наука трябва да върви ръка за ръка с инженерната практика. В института се работи едновременно с физически експерименти и компютърни симулации, но винаги с мисълта как даден нов модел или метод може да помогне на реален самолет да лети по-икономично, на двигател да бъде по-ефективен или на енергийна система да бъде по-устойчива.
Тази силна връзка между академичните изследвания и индустриалните проекти е урок, който е много ценен и за работата по градска среда и цифрови технологии.

- В работата си комбинирате компютърни симулации, големи данни и изкуствен интелект. Кои са най-големите предизвикателства пред подобен интердисциплинарен подход?
- Комбинирането на компютърни симулации, големи данни и изкуствен интелект носи голям потенциал, но и редица предизвикателства. Едно от основните е да се запази физическият смисъл на моделите, когато се използват данни и машинно обучение.
Важно е алгоритмите да не се превръщат в „черна кутия“, която просто дава числа, без да е ясно доколко те са физически реалистични.
Друга трудност е свързана с качеството и съвместимостта на данните. Моделите, използващи изкуствен интелект, разчитат на данни с високо качество, докато CFD симулациите се стремят да пресъздадат реалността, но винаги са свързани с определена грешка и несигурност.
Именно затова е необходима внимателна обработка и валидиране, за да не се натрупват системни грешки при комбинирането на различните подходи.

- В каква степен българските учени и научни институти днес успяват да бъдат конкурентоспособни на световната сцена в областта на инженерните и цифровите технологии?
- Българските учени и научни институти в областта на инженерните и цифровите технологии имат потенциала да бъдат конкурентоспособни, особено когато работят по теми, които са силно международни – каквито са флуидната динамика, градската среда и цифровите модели.
В последните години се вижда все по-активно участие в международни конференции и проекти, включително в области като CFD, градско моделиране и цифрови двойници. Предизвикателствата са свързани най-вече с ресурсите, достъпа до големи изчислителни мощности, постоянната модернизация на софтуерните инструменти и устойчивото финансиране на дългосрочни изследвания.
Въпреки това, когато има силни екипи и добри международни партньорства, българските разработки могат успешно да се позиционират на световната сцена и да допринасят за развитието на устойчиви градове, цифрови технологии и надеждни инженерни симулации.

- Как разработките, които правите, могат да намерят практическо приложение в реални проекти за градско планиране и опазване на околната среда в България?
- Разработките, върху които работим, могат да намерят пряко приложение в реални проекти за градско планиране. Например те могат да се използват при оценка на влиянието на нови високи сгради върху вятъра и вентилацията в конкретни квартали още на ниво проект, преди да се вземе решение за строителство.
Симулациите могат да подпомогнат и идентифицирането на зони с потенциално висока концентрация на замърсители – например тесни булеварди, затворени дворове и места с интензивен трафик – и да позволят да се тестват различни мерки за подобряване на условията.
Когато към това се добави и ясна оценка на надеждността на моделите, тези инструменти могат да станат естествена част от процеса на вземане на решения в общините и да подпомагат създаването на по-здравословна и устойчива градска среда.

----------------------
Радостин Митков е изследовател в институт GATE – първия център за върхови постижения в областта на големите данни и изкуствения интелект в Източна Европа. Част е от Изследователската група за надеждно компютърно моделиране на института. Дълго време работи и към екип „Градове на бъдещето“, който стои зад една от най-иновативните разработки в България - Цифровия двойник на София.
През 2025 г. Радостин специализира във Von Karman Institute for Fluid Dynamics (Белгия) – един от най-престижните институти в света в областта на аеродинамиката и флуидната механика. Там той работи по проекти, посветени на изследването на ветровите процеси в градска среда, като комбинира изкуствен интелект и компютърни симулации за по-прецизни и бързи анализи. Von Karman Institute е дългогодишен партньор на водещи авиационни и космически компании в разработването на самолетни двигатели, дронове и сателити, което поставя изследванията на Радостин в контекста на най-високите международни стандарти в инженерната наука.