Come l'IA aerodinamica di Neural Concept sta plasmando la Formula 1

È un lungo cammino dalle biciclette a pedali alla Formula 1. Ma è proprio il salto quantico che la start-up basata sull'IA Neural Concept e il suo co-fondatore e CEO, Pierre Baqué, hanno compiuto in soli sei anni.

Nel 2018, il software nascente dell'azienda ha contribuito allo sviluppo della bicicletta più aerodinamica del mondo. Oggi, quattro team su dieci di Formula 1 utilizzano un'evoluzione di quella stessa tecnologia.

Per strada, l'azienda di Baqué ha ottenuto contratti con fornitori aerospaziali come Airbus e Safran, guadagnando una raccolta di fondi Serie A da 9,1 milioni di dollari nel 2022. Con 50 dipendenti, Neural Concept con sede in Svizzera sta lavorando verso una raccolta di fondi Serie B mentre il suo software aiuta team storici di F1 come Williams Racing a ritrovare la via verso la vetta della massima forma di motorsport al mondo.

Tuttavia, mentre le vetture di Formula 1 si affidano a motori ibridi V6 da 1.000 cavalli, la prima applicazione pratica della tecnologia di Baqué era a trazione umana.

Potenza dei pedali

Nel 2018, Baqué stava studiando presso il Laboratorio di Visione Artificiale dell'École Polytechnique Fédérale de Lausanne, lavorando sull'applicazione di tecniche di apprendimento automatico ai problemi tridimensionali.

"Mi è stato messo in contatto con questo ragazzo che guidava questo team, progettando la sesta o settima generazione di bici, e il loro obiettivo era battere un record mondiale di velocità in bicicletta," ha detto Baqué. Quel ragazzo era Guillaume DeFrance e il team era l'IUT Annecy dell'Université Savoie Mont Blanc. Il team di ciclismo aveva già attraversato mezza dozzina di iterazioni di design delle bici.

"Due giorni dopo, sono tornato da lui con una forma che assomigliava quasi al detentore del record mondiale attuale," ha detto Baqué. Impresso, il team chiese più iterazioni. Il risultato è stato, secondo Baqué, "la bici più aerodinamica al mondo al momento."

Questo è un'affermazione forte, ma è supportata da diversi record mondiali conquistati nel 2019. Non stiamo parlando di tubi obliqui a forma di profilo alare o cerchi incavati per ridurre la resistenza. Questa bici è completamente racchiusa, con il ciclista che suda in un bozzolo composito, completamente riparato dal vento.

La tecnologia di base è un prodotto chiamato Neural Concept Shape, o NCS. Si tratta di un sistema basato sull'apprendimento automatico che fornisce suggerimenti e raccomandazioni aerodinamiche. Si inserisce nel vasto campo della dinamica dei fluidi computazionale (CFD), dove ingegneri altamente qualificati utilizzano suite software avanzate per eseguire simulazioni aerodinamiche tridimensionali.

Il CFD è molto più veloce del modellare fisicamente e lanciare modelli in gallerie del vento. Tuttavia, è anche molto intensivo dal punto di vista del sistema e in gran parte dipendente dal fatto che gli esseri umani prendano buone decisioni.

Nel suo nucleo, NCS aiuta gli ingegneri a evitare potenziali insidie aerodinamiche spingendoli in direzioni che potrebbero non aver considerato. In modalità "copilota", un ingegnere può caricare una forma 3D esistente, fornendo un punto di partenza, ad esempio.

NCS entrerà quindi nel suo network neurale per suggerire miglioramenti o modifiche, possibili percorsi in un gioco tridimensionale di scegli la tua avventura. L'ingegnere umano sceglierà quindi i suggerimenti più promettenti e li sottoporrà a ulteriori test e perfezionamenti, iterando fino alla gloria aerodinamica.

Non solo "sfidare il vento"

NCS è utile non solo per le corse ma anche nell'industria automobilistica e aerospaziale. "Il percorso verso un'ampia adozione in questo tipo di aziende è lento," ha detto Baqué lavorando all'interno dell'industria aerospaziale un po' conservatrice. "Ecco come abbiamo iniziato a lavorare di più con l'industria automobilistica, dove le esigenze sono un po' più pressanti e saranno rapide a cambiare."

Neural Concept ha siglato contratti con diversi fornitori globali, tra cui Bosch e Mahle. L'aerodinamica è sempre più fondamentale nel mondo automobilistico, con i costruttori che cercano auto sempre più aerodinamiche per ottenere la maggiore autonomia possibile da un pacco batteria di dimensioni date.

Ma non si tratta solo di sfidare il vento. NCS è anche utilizzato nello sviluppo di cose come le piastre di raffreddamento delle batterie che, se rese più efficienti, possono mantenere la batteria alla temperatura ottimale senza consumare troppa energia nel processo. "Ci sono enormi guadagni che possono essere fatti," ha detto Baqué, significando ancora più autonomia.

Anche se il banco di prova ultimo per queste tecnologie è sempre la strada, il laboratorio ultimo è la Formula 1. Un fenomeno globale del motorsport dal 1950, la F1 sta vivendo attualmente un'onda di popolarità senza precedenti.

Il potere di Netflix

La serie Netflix "Formula 1: Drive to Survive" ha portato l'emozione della F1 a un pubblico completamente nuovo. Mentre questa serie si concentra sulla politica interna alle squadre e sul dramma, il successo in pista ha molto più a che fare con l'aerodinamica. E qui entra in gioco Neural Concepts.

Baqué ha iniziato a guardare la Formula 1 prima che Netflix fosse anche un baleno nell'occhio di Reed Hastings. "Ho sempre guardato, fin dai tempi di David Coulthard e Michael Schumacher."

Attualmente, i pezzi sviluppati con l'assistenza del software della sua azienda stanno correndo in questo apice del motorsport mondiale. "È un grande, grande senso di realizzazione," ha detto Baqué. "Quando ho avviato l'azienda, vedevo questo come un traguardo. Non solo la Formula 1, ma solo avere pezzi progettati con il software sulla strada. E, sì, ogni volta che questo accade, è un grande, grande sentimento."

La Formula 1 è anche uno sport estremamente segreto. Dei quattro team con cui lavora Neural Concept, solo uno è stato disposto a essere identificato come cliente, e anche quello è stato abbastanza silenzioso sull'intero processo.

Williams Racing è uno dei team più leggendari della Formula 1. Fondato nel 1977 dal leggendario pilota Frank Williams, il suo team era così dominante negli anni '90 da vincere cinque campionati del mondo costruttori, compresi tre di fila dal 1992 al 1994.

Ma come nella maggior parte degli sport, il successo è ciclico per i team di Formula 1, e in questo momento, Williams è decisamente in una fase di ricostruzione. Il team è finito ultimo nella stagione 2022, risalendo solo al settimo posto l'anno scorso.

NCS è uno degli strumenti che aiuta Williams a riacquistare il suo vantaggio competitivo. "Utilizziamo questa tecnologia in vari modi, alcuni dei quali migliorano le nostre simulazioni, e altri metodi su cui stiamo lavorando aiuteranno a ottenere migliori risultati al primo tentativo in CFD," ha detto Hari Roberts, responsabile della tecnologia aerodinamica di Williams.

Anche le simulazioni CFD richiedono tempo e denaro, una situazione aggravata dai regolamenti della Formula 1 che limitano la capacità di test di un team. Il tempo fisico in galleria del vento è fortemente limitato, mentre ogni team ha anche un budget limitato per il tempo di calcolo che può utilizzare per sviluppare le loro auto.

Ogni strumento che può aiutare un team a mettere in forma rapidamente i suoi design aerodinamici è un potenziale vantaggio, e NCS è molto veloce. Baqué ha stimato che una simulazione CFD completa che di solito richiede un'ora richiederebbe solo 20 secondi tramite NCS.

E, poiché NCS non esegue calcoli effettivi basati sulla fisica ma fa supposizioni guidate dall'IA basate sul suo network di apprendimento aerodinamico, è in gran parte esente dalle restrizioni draconiane della F1. "Qualsiasi cosa possiamo fare che ci permetta di estrarre più conoscenza e quindi più prestazioni da ogni simulazione CFD e passaggio in galleria del vento ci dà un vantaggio competitivo," ha detto Roberts.

Ma i team devono comunque pagare per questo. Baqué ha detto che i costi di NCS variano a seconda delle dimensioni del team e del tipo di accesso, ma tipicamente si aggirano tra i 100.000 e 1 milione di euro all'anno. Considerando che i team di F1 operano anche sotto un tetto di costi annuale di 135 milioni di dollari, si tratta di un impegno sostanziale.

Roberts di Williams non era disposto a indicare parti specifiche o miglioramenti dei tempi sul giro grazie al software NCS ma ha detto che ha influenzato le prestazioni della loro auto: "Questa tecnologia viene utilizzata come parte del nostro set di strumenti per lo sviluppo dell'auto aerodinamicamente. Quindi, non possiamo attribuire il tempo sul giro direttamente ad essa, ma sappiamo che aiuta la nostra correlazione e la velocità con cui possiamo esplorare nuove condizioni aerodinamiche."

Oltre all'aerodinamica

La marcia incessante dell'IA non si fermerà lì. Si parla di agenti artificiali sul muro dei box che prendono le decisioni sulla strategia di gara e persino sulle configurazioni dell'auto.

"È un momento affascinante poiché la crescita nell'industria dell'IA/ML è esponenziale," ha detto Roberts. "Tuttavia, è anche una vera sfida che si pone a chiunque sia coinvolto nella tecnologia oggi. A quali nuovi strumenti dedichiamo tempo per esplorarli, svilupparli e adottarli?"

Non è il genere di intrigo che catturerà il tuo spettatore medio di "Drive to Survive", ma per molti fan della F1, la gara dietro la gara è la fonte ultima di dramma.

Per quanto riguarda Neural Concept, l'azienda sta continuando a spingersi più in profondità nel settore automobilistico non legato al motorsport, lavorando per sviluppare motori elettrici più efficienti, ottimizzando il riscaldamento e il raffreddamento della cabina e persino dedicandosi ai crash test.

Baqué ha detto che il software dell'azienda può aiutare gli ingegneri a ottimizzare la resistenza al crash di un'auto mentre elimina peso superfluo. Ma, per ora, l'azienda può fare solo simulazioni di crash su singoli componenti, non su auto intere. "Questa è una delle poche applicazioni in cui abbiamo raggiunto i limiti delle prestazioni," ha detto.

Chissà che non sia un'altra applicazione per le fiorenti piattaforme supercomputer di IA dell'UE?