Den virtuella kemisten vandrar i simuleringskonstens forskningsfront

Med massmarknaden följer kvalificerade modeller till överkomliga priser

Av Jan-Ivar Askelin

Verkligheten är ofta besvärlig. Den kan vara farlig som en kärnvapenexplosion, svår att bemästra om man inte tränat på den som en brand i ett flygplan, och helst vill vi veta i förväg i hur verkligheten kommer att bli - som till exempel vädret till helgen.

- Väderprognoser är inget annat än just modeller, säger forskaren Per Svensson vid FOA. En modell är uppbyggd av logiska regler. Den kan vara skiftande drag av matematik bakom modellen, men den behöver inte vara matematisk.

Väderprognoser var något som lockade den brittiske matematikern Lewis Fry Richardson. 1922 funderade han på hur det skulle gå till. Han förstod att det skulle krävas många som räknade om man ville ha prognosen före vädret. Men hur många var många? Jo, räknebiträdena skulle fylla Albert Hall, den berömda konsertlokalen i London. På podiet skulle det finnas en sorts matematikdirigenter som gav order till de olika läktarsektionerna.

- Inför detta perspektiv insåg Richardson att tiden inte var mogen för sådana räknebördor, säger Per Svensson och berättar hur långt vi har kommit idag.

Specialstyrka övar i virtuell miljö
- Den amerikanska specialstyrkan som ska användas vid gisslandramer och liknande ska inom 72 timmar kunnas sättas in var som helst i världen. Och under den tiden ska styrkan ha tränat insatsen i en tredimensionell virtuell värld - och denna värld förutses inte att vara en hyllvara. På något dygn ska man alltså kunna samla in uppgifter om verkligheten, bygga en modell av densamma och kunna simulera en insats i denna virtuella verklighet. Förutsättningen är att det mesta av den geografiska informationen ska finnas på lager. Däremot inte detaljer av byggnader och annat i liknande skala.

Bakom denna fantastiska utveckling ligger naturligtvis datarevolutionen. Det gäller såväl hård- som mjukvara. Inte minst har programmen för att göra program utvecklats enormt. För 20-30 år sedan var det så mycket arbete med att skriva programrader att många trodde att själva programmeringsarbetet skulle äventyra hela datautvecklingen.

Inget barn av dataåldern
- Många tror felaktigt att modellering och simulering är ett barn av dataåldern, säger Per Svensson. En av de första modellörerna var Johannes Kepler som redan på 1600-talet gjorde en modell av planetsystemet. Det var den första matematiskt numeriska modellen av planeternas rörelser. Med hjälp av modellen kunde han förutsäga planeternas banor. Astronomin består till stor del av modellering och simulering, säger Per Svensson. Astronomins indata till modellen är observationerna, i t ex fysiken är det experimenten.

- Datautvecklingen må vara imponerande, men den revolutionerande faktorn i MoS är att en avancerad pryl blir nästan gratis därför att det finns en massmarknad, säger Per Svensson och tittar på sin väggalmanacka som kommer från ett företag som bygger virtuella hus, dvs hus som man kan gå i innan de byggts i verkligheten.

- Fortfarande kostar nog det programmet runt en miljon, men med fler användare kommer priset att minska därför att det blir fler som delar på utvecklingskostnaderna.

Ett datorprogram fungerar ungefär som en tidning. Det kostar att utforma produkten, inte så mycket att mångfaldiga den. En bil däremot kostar ändå rätt mycket att tillverka även fast det gjorts 100000 gånger tidigare.

Därför kan flygsimulatorspelet F-18 fås för några hundralappar fast kostnaderna för att skapa programmet kanske är i klass med att konstruera mjukvaran till den riktiga F-18- simulatorn. Och när IBM utvecklade sitt första operativsystem (det språk som gör att man kan instruera datorn) arbetade 5000 personer med programmering. Kostnaden var naturligtvis enorm, men så var också marknaden.

- Frånvaron av en massmarknad har hämmat den svenska MoS-utvecklingen, säger Per Svensson. Modellerna har inte kunnat göra så avancerade därför att det inte finns tillräckligt många användare. Utvecklar man en modell för ett enstaka projekt måste kostnaderna delas av några få och då kan det inte bli så avancerat.

FOA var tidigt framme
Per Svensson har varit en kvartssekel på FOA och har perspektiv på utvecklingen:

- FOA började med modellering redan på 1950-talet. Massor av räknebiträden satt med räknesnurror. Fram till 1970-talet var det ett stort sug efter modellering och simulering. FOA hade en gång Sveriges vassaste dator, en IBM 7090. Forskarna drev utvecklingen. FOA var ju ett anslagsmyndighet då och kunde friare styra verksamheten.

- Sedan minskade intresset för MoS för FOAs del samtidigt som det internationellt fått utomordentligt stor betydelse. I Sverige har vi mest litat till enstaka eldsjälar medan MoS i USA har fått en mycket stark ställning inom främst försvaret som upprättat en särskild myndighet, DMSO som svarar för kvalitet och metodik.

Per Svensson kan inte påminna sig när uttrycket modellering och simulering dök upp första gången, men tycker att det blivit något av ett slagord som främst kommer från militären. För det amerikanska försvaret finns det en stark drivkraft till MoS och det är kravet att krigsmakten hela tiden ska vara vältränad och redo att sättas in praktiskt taget var som helst i världen när som helst. För att klara av detta måste soldaterna kunna sina saker och då heter lösningen simulatorer som gör utbildningen både effektivare, säkare och inte minst - billigare. På 1980-talet fick simuleringen ytterligare en dimension då den trädde in i nätverkssamhället. Därmed kunde amerikanska staber och förband oberoende av var de fanns delta i samma simulering, ungefär som vi idag spelar dataspel över Internet.

Naturligtvis är det inte bara det amerikanska försvaret som är intresserade av MoS. Även inom det svenska försvaret finns en enorm spännvidd från hela krigsspel till test av större eller mindre förbandstyper. MoS finner hela tiden nya tillämpningar och detta är en av de drivande krafterna bakom utvecklingen, säger Per Svensson och nämner materielsidan som en av de nya viktiga nischerna.

- I dag kan man praktiskt taget konstruera ett virtuellt flygplan och låta det flyga i olika simuleringar. Efter behov ändrar man på planet och när man är nöjd är det dags att bygga det på riktigt. En del kan faktiskt lyftas direkt från simuleringen nästan direkt in i det färdiga flygplanet, nämligen styrsystemet. Man har ju redan lärt flygplanet att flyga i simulatorn och det är samma flygplan som ska flyga i verkligheten.

- Nästa stora MoS-grej blir den virtuella verkligheten, VR, som förresten redan är här, säger Per Svensson. Här har forskarna verkligen lyckats hitta en framtidsnisch eftersom visionen är att man ska kunna skapa en verklighet som är lika verklig som verkligheten själv. Och eftersom det inte kommer att gå, även om det går att komma imponerande nära, så har VR-forskarna jobbet tryggat.

I VR-världen har modellen drivits nära verkligheten. Resenären i VR-världen uppfattar miljön i modellen som tredimensionell. Man kan färdas från galaxer in i bland molekylerna och känna sig fram med sina VR-handskar.

- Vitsen med VR är att man har fjärrnärvaro, säger Per Svensson, Man kan vistas säkert i farliga miljöer. Till de mer spännande områdena hör att skapa nya ämnen genom att kunna manipulera molekyler. Operatören tar helt enkelt en molekyl i sin ena VR-behandskade hand och en annan molekyl i den andra handen. Han ska nu försöka att få molekylerna att godkänna varandra och förena sig. Genom att vrida och vända på molekylerna som magiska kuber kanske han hittar lösningen där molekylernas kraftfält inte protesterar och skjuter bort varandra.

- Hur modellen ska konstrueras för att ge molekylerna rätt egenskaper finns beskrivet i kvantmekaniken. Det här kan ge kemisterna nya möjligheter, säger Per Svensson men påpekar samtidigt att ibland kanske det är lämpligare att räkna ut om molekylerna passar för varandra än att gå vägen via VR-världen.

- Jag vill inte överdriva betydelsen av den virtuelle kemisten, men det är onekligen mycket fantasieggande.

Entusiasmen för modellering och simulering är nämligen inte utan reservationer. Det finns många fällor att gå i. Per Svensson menar att den vanligaste nog är att man vill få ut mer av modellen än vad den är gjord för. Modellen ska, säger han, göras för ett speciellt syfte och bara användas för just det syftet. Faran är dock att modellen byggs ut lite grann för att, som man felaktigt tror, kunna klara av fler saker med samma säkerhet.

Från FOA-tidningen nr 1-1998 - www.foi.se/framsyn