Cómo la IA aerodinámica de Neural Concept está dando forma a la Fórmula 1

Es largo De la bicicleta de pedales a la Fórmula 1. Pero ese es exactamente el salto cuántico que la startup basada en inteligencia artificial Neural Concept y su cofundador y director ejecutivo Pierre Baqué han logrado en sólo seis años.

En 2018, el incipiente software de la empresa ayudó a crear la bicicleta más aerodinámica del mundo. Hoy en día, cuatro de cada diez equipos de Fórmula 1 utilizan un desarrollo posterior de la misma tecnología.

Con el tiempo, la empresa de Baqué consiguió acuerdos con proveedores aeroespaciales como Airbus y Safran, obteniendo un aumento Serie A de 9,1 millones de dólares en 2022. Neural Concept, con sede en Suiza y que ahora emplea a 50 personas, está trabajando para una ronda de Serie B, mientras que su software ayuda a equipos históricos de Fórmula 1 como Williams Racing a encontrar su camino de regreso a la cima del deporte de motor más importante del mundo.

Sin embargo, mientras que los coches de Fórmula 1 dependen de motores V6 híbridos de 1.000 caballos de fuerza, la primera aplicación práctica de la tecnología por parte de Baqué fue a través de la fuerza humana.

Poder del pedal

En 2018, Baqué estudió en el Laboratorio de Visión por Computadora de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne, trabajando en la aplicación de técnicas de aprendizaje automático a problemas tridimensionales.

“Me pusieron en contacto con este hombre que lideraba este equipo y diseñaba la sexta o séptima generación de bicicletas, y su objetivo era batir un récord mundial de velocidad en bicicleta”, dijo Baqué. Ese tipo era Guillaume DeFrance y el equipo era IUT Annecy de la Université Savoie Mont Blanc. El equipo ciclista ya había pasado por media docena de iteraciones de diseños de bicicletas.

“Regresé a él dos días después con una forma que se parecía casi a la del actual poseedor del récord mundial”, dijo Baqué. Impresionado, el equipo pidió más iteraciones. El resultado, según Baqué, fue “actualmente la bicicleta más aerodinámica del mundo”.

Esa es una afirmación contundente, pero está respaldada por varios récords mundiales de 2019. No estamos hablando de tubos diagonales en forma de ala o llantas con nudos para reducir la resistencia del aire. Esta bicicleta está completamente cerrada y el ciclista suda en un capullo compuesto, completamente protegido del viento.

La tecnología central es un producto llamado Neural Concept Shape o NCS. Es un sistema basado en aprendizaje automático que hace sugerencias y recomendaciones aerodinámicas. Encaja en el amplio campo de la dinámica de fluidos computacional (CFD), donde ingenieros altamente calificados utilizan paquetes de software avanzados para realizar simulaciones aerodinámicas tridimensionales.

CFD es mucho más rápido que crear modelos físicos y arrojarlos a túneles de viento. Sin embargo, también requiere un uso intensivo de sistemas y depende en gran medida de que las personas tomen buenas decisiones.

En esencia, NCS ayuda a los ingenieros a evitar posibles obstáculos aerodinámicos mientras los empuja en direcciones en las que quizás no habían pensado. En el “Modo Co-Pilot”, un ingeniero puede cargar una forma 3D existente, proporcionando un punto de partida, por ejemplo.

NCS entrará entonces en su red neuronal para sugerir mejoras o modificaciones y posibles caminos en un juego 3D para elegir tu propia aventura. Luego, el ingeniero humano selecciona las propuestas más prometedoras y las somete a más pruebas y mejoras para lograr la gloria aerodinámica.

No sólo “engañar al viento”

NCS no sólo es útil en las carreras, sino también en las industrias automovilística y aeroespacial. “El camino hacia una aceptación generalizada en este tipo de empresas es lento”, dijo Baqué sobre trabajar en la industria aeroespacial, más conservadora. "Así que empezamos a trabajar más estrechamente con la industria automovilística, donde las necesidades son un poco más urgentes y pueden cambiar rápidamente".

Neural Concept consiguió contratos con varios proveedores globales, incluidos Bosch y Mahle. La aerodinámica es cada vez más importante en el mundo del automóvil a medida que los fabricantes buscan vehículos cada vez más aerodinámicos que ofrezcan la mayor autonomía posible con un paquete de baterías de un tamaño determinado.

Pero no se trata sólo de engañar al viento. NCS también se utiliza en el desarrollo de elementos como placas de refrigeración de baterías que, cuando se hacen más eficientes, pueden mantener la batería a su temperatura óptima sin consumir demasiada energía. “Se pueden lograr enormes beneficios”, dijo Baqué, refiriéndose a un alcance aún mayor.

Si bien el campo de pruebas definitivo para estas tecnologías es siempre la carretera, el laboratorio definitivo es la Fórmula 1. Fenómeno mundial del deporte del motor desde 1950, la Fórmula 1 está experimentando actualmente una ola de popularidad sin precedentes.

El poder de Netflix

La serie de Netflix “Fórmula 1: Drive to Survive” ha llevado la emoción de la Fórmula 1 a una audiencia completamente nueva. Si bien esta serie se centra en la política y el drama entre equipos, el éxito en la pista tiene mucho más que ver con la aerodinámica. Aquí es donde entra en juego Neural Concepts.

Baqué empezó a ver Fórmula 1 antes de que Netflix fuera siquiera un brillo en los ojos de Reed Hastings. "Siempre lo he visto, desde los días de David Coulthard y Michael Schumacher".

Hoy en día, las piezas desarrolladas con el software de su empresa se utilizan en esta categoría principal del deporte del motor mundial. “Es una gran sensación de logro”, dijo Baqué. “Cuando fundé la empresa, sentí que era un hito. No sólo en la Fórmula 1, sino sólo para tener piezas diseñadas con el software en la carretera. Y sí, cada vez que eso sucede, es un sentimiento grandioso”.

La Fórmula 1 es también un deporte extremadamente misterioso. De los cuatro equipos con los que trabaja Neural Concept, solo uno estaba dispuesto a ser nombrado cliente, e incluso ese equipo se mantuvo bastante reservado sobre todo el proceso.

Williams Racing es uno de los equipos más tradicionales de la Fórmula 1. Fundado en 1977 por la leyenda de las carreras Frank Williams, el equipo fue tan dominante en la década de 1990 que ganó cinco campeonatos mundiales de constructores, incluidos tres consecutivos entre 1992 y 1994.

Pero como en la mayoría de los deportes, el éxito de los equipos de Fórmula Uno es cíclico y Williams se encuentra actualmente en un período de reconstrucción. El equipo terminó último en la temporada 2022 y solo el año pasado ascendió al séptimo lugar.

NCS es una de las herramientas que ayuda a Williams a recuperar su ventaja competitiva. "Estamos utilizando esta tecnología de diversas formas, algunas de las cuales mejorarán nuestra simulación, y otros métodos en los que estamos trabajando ayudarán a producir mejores resultados de CFD la primera vez", dijo Hari Roberts, jefe de tecnología aerodinámica de Williams.

Una vez más, las simulaciones CFD consumen mucho tiempo y son costosas, lo que se ve agravado por las regulaciones de la Fórmula 1 que limitan la capacidad de un equipo para realizar pruebas. El tiempo físico en el túnel de viento es muy limitado y cada equipo tiene un presupuesto limitado para calcular el tiempo que pueden utilizar para desarrollar sus coches.

Cualquier herramienta que pueda ayudar a un equipo a poner en forma sus diseños aerodinámicos rápidamente es una ventaja potencial, y NCS es realmente muy rápido. Baqué estimó que una simulación CFD completa, que normalmente llevaría una hora, tardaría sólo 20 segundos a través de NCS.

Y debido a que NCS no realiza cálculos reales basados ​​en la física, sino que hace conjeturas impulsadas por IA basadas en su red de conocimientos aerodinámicos, está en gran medida exento de las restricciones draconianas de la Fórmula 1. "Todo lo que podamos hacer para obtener más conocimientos y, por lo tanto, más rendimiento de cada CFD y túnel de viento nos da una ventaja competitiva", afirmó Roberts.

Pero los equipos todavía tienen que pagar por ello. Baqué dijo que los costes de NCS varían según el tamaño del equipo y el tipo de acceso, pero normalmente oscilan entre 100.000 y 1 millón de euros al año. Teniendo en cuenta que los equipos de F1 también operan con un límite de costos anual de 135 millones de dólares, ese es un compromiso importante.

Roberts, de Williams, no quiso señalar piezas específicas o mejoras en el tiempo de vuelta gracias al software NCS, pero dijo que había impactado el rendimiento de su auto: "Esta tecnología se utiliza como parte de nuestro conjunto de herramientas para el desarrollo aerodinámico del auto". No podemos atribuir directamente el tiempo de vuelta a esto, pero sabemos que mejora nuestra correlación y la velocidad a la que podemos investigar nuevas condiciones aerodinámicas”.

Más allá de la aerodinámica

La incesante marcha de la IA no terminará aquí. Se habla de agentes artificiales en el muro de boxes que determinan la estrategia de carrera e incluso la puesta a punto del vehículo.

"Es un momento fascinante ya que el crecimiento de la industria de IA/ML es exponencial", dijo Roberts. “Sin embargo, también es un verdadero desafío al que se enfrenta cualquiera que se involucre con la tecnología hoy en día. ¿Qué nuevas herramientas estamos dedicando a la investigación, el desarrollo y la adopción?

Ese no es el tipo de intriga que cautivará al espectador promedio de Drive to Survive, pero para muchos fanáticos de la F1, la carrera detrás de la carrera es la principal fuente de drama.

En cuanto a Neural Concept, la compañía continúa profundizando en el lado de la industria automotriz no relacionado con los deportes de motor, trabajando en el desarrollo de motores eléctricos más eficientes, optimizando la calefacción y refrigeración de la cabina e incluso participando en pruebas de choque.

Baqué dijo que el software de la compañía puede ayudar a los ingenieros a optimizar la resistencia a los choques de un automóvil y al mismo tiempo ahorrar peso innecesario. Sin embargo, actualmente la empresa sólo puede realizar simulaciones de accidentes para componentes individuales, no para vehículos completos. "Esta es una de las pocas aplicaciones en las que hemos alcanzado los límites de rendimiento", afirmó.

Quizás otra aplicación para eso. Las plataformas de supercomputación de IA emergentes de la UE?