Kunstmatige intelligentie voorspelt nauwkeurig monstergolven
kunstmatige intelligentie: Kunstmatige intelligentie voorspelt nauwkeurig monstergolven
Monstergolven zijn gigantische enkele uitschieters in de oceaan die schepen kunnen vernietigen. Lange tijd werden ze als een legende beschouwd. Nu hebben onderzoekers een model ontwikkeld om hun vorming te verklaren, en zijn ze op verrassingen gestuit.
© EpicStockMedia / Fotolia (details)
In 1995 werd voor het eerst een monstergolf ontdekt. Dit fenomeen zou verantwoordelijk zijn voor veel onverklaarbare scheepsongelukken.
Monstergolven worden lange tijd beschouwd als een zeemansverhaal: ze ontstaan plotseling, enorme golven die hele schepen kunnen vernietigen. Pas toen digitale instrumenten voor het eerst een 26 meter hoge golf registreerden die in 1995 het Noorse olieboorplatform Dobner trof, was er concreet bewijs van gigantische uitschieters. Sindsdien is er uitgebreid onderzoek naar gedaan. Nu heeft een team onder leiding van computerwetenschapper Dion Hafner van het Niels Bohr Instituut in Kopenhagen veel data en machinaal leren gebruikt om een model te ontwikkelen dat de vorming van enorme golven verklaart – en ook suggereert dat deze waarschijnlijk zullen optreden. Het werk werd op 20 november 2023 gepubliceerd in het gespecialiseerde tijdschrift PNAS..
Het scheepsongeluk van december 1978 illustreert hoe gevaarlijk grote branding kan zijn. Op dat moment kwam het Duitse vrachtschip “München” in een storm terecht in de Noord-Atlantische Oceaan. De bemanning bleef ontspannen; de storm zou het 261 meter lange schip eigenlijk niet moeten treffen. Maar kort nadat er een noodoproep was gedaan, verdween het vrachtschip samen met de 28 bemanningsleden. Slechts enkele reddingsboten en zeecontainers werden later gered. Destijds kon de Duitse marine de oorzaak van het zinken niet verklaren. Tegenwoordig gaan we er van uit van welHet vrachtschip werd het slachtoffer van een brute golf.
Om de scheepvaart tegen zulke extreme golven te beschermen, proberen onderzoekers te begrijpen hoe enorme golven ontstaan en welke omstandigheden deze ondersteunen. Voor dit doel evalueerden Hafner en zijn collega’s vrij beschikbare gegevens over oceaanbewegingen, zeetoestanden en bijbehorende waterdieptes. Ze verzamelden ook gegevens van boeien op 158 verschillende locaties langs de Amerikaanse kust en offshore. In totaal hadden de onderzoekers informatie over meer dan een miljard golven, wat overeenkomt met oceaanbewegingen zo’n 700 jaar geleden.
Monstergolven komen vaak voor
Wetenschappers waren verrast toen ze ontdekten dat enorme golven vaker voorkomen dan verwacht. »We hebben 100.000 monstergolven in onze dataset geregistreerd. Dit komt overeen met ongeveer één golf per dag.” legt computerwetenschapper Johannes Gemerich, co-auteur van het huidige onderzoek, uit. Maar ze waren niet allemaal van aanzienlijke omvang (een golf hoger dan 20 meter wordt als ‘extreem’ beschouwd). Over het algemeen beschouwen onderzoekers een golf als een monstergolf als deze minstens twee keer zo hoog is als de rest van de golven.
Hafner en zijn collega’s gebruikten verschillende kunstmatige intelligentietechnieken om de enorme hoeveelheid gegevens te evalueren. Terwijl traditionele AI-systemen eenvoudigweg resultaten presenteren zonder deze te rechtvaardigen, waren onderzoekers geïnteresseerd in causale relaties. Ze wilden machinaal leren gebruiken om erachter te komen wat enorme golven veroorzaakt, en niet alleen de waarschijnlijkheid berekenen dat deze golven zouden optreden zonder te weten hoe het AI-model tot die conclusie kwam. Daarom ontwikkelden ze een zogenaamd ‘causaal’ model waarvan de resultaten kunnen worden geverifieerd en geïnterpreteerd. Het algoritme en de data die de onderzoekers verzamelen zijn vrij beschikbaar en kunnen door iedereen gebruikt worden.
In feite zijn de resultaten van Hafner en collega’s in tegenspraak met de gebruikelijke interpretatie van enorme golven. Sommige deskundigen hebben de hypothese geopperd dat uitschieters optreden wanneer verschillende golven kortstondig met elkaar in contact komen, en één golf alle energie absorbeert – en beweegt als een monstergolf. Zoals het team van Hafner echter ontdekte, lijkt de dominante factor de zogenoemde ‘lineaire superpositie’ te zijn: wanneer golftoppen zich met verschillende snelheden voortplanten, kan het keer op keer gebeuren dat veel golftoppen elkaar op een bepaald punt overlappen en elkaar zo versterken. Er ontstaat een monstergolf.
Het door de onderzoekers ontwikkelde algoritme heeft tot doel te voorspellen wanneer ideale omstandigheden zouden bestaan voor het optreden van een dergelijke lineaire superpositie. “Eigenlijk is het gewoon pech als een van deze gigantische golven plaatsvindt. Het wordt veroorzaakt door een combinatie van factoren”, zegt Hafner. We kunnen dus alleen maar hopen dat als het algoritme van de onderzoekers werkt, rederijen het daadwerkelijk kunnen testen.
Sta Javascript toe om de volledige functionaliteit van Spektrum.de te behouden.