Kerangka Matematika Revolusioner Membantu Insinyur Memilih Sensor Pesawat Optimal
Kerangka Matematika Revolusioner Membantu Insinyur Memilih Sensor Pesawat Optimal
Dalam tabrakan Boeing 737 Max 2019, kotak hitam yang ditemukan dari sisa tabrakan menunjukkan bahwa sensor tekanan yang gagal mungkin menyebabkan pesawat nasib buruk itu menurun tajam. Insiden ini dan lainnya telah memicu debat yang lebih besar tentang pemilihan, jumlah, dan penempatan sensor untuk mencegah terjadinya tragedi semacam itu kembali.
Peneliti Texas A&M University kini telah mengembangkan kerangka matematika komprehensif yang dapat membantu insinyur membuat keputusan yang tepat tentang sensor mana yang akan digunakan dan di mana mereka harus diposisikan dalam pesawat dan mesin lain.
“Pada tahap desain awal untuk sistem kontrol apa pun, keputusan kritis harus dibuat tentang sensor mana yang akan digunakan dan di mana menempatkannya sehingga sistem dioptimalkan untuk mengukur besaran fisik tertentu yang diinginkan,” kata Professor Raktim Bhattacharya. “Dengan formulasi matematika kami, insinyur dapat memberikan model dengan informasi tentang apa yang perlu dirasakan dan dengan presisi apa, dan output model akan menjadi sensor paling sedikit yang dibutuhkan dan akurasinya.”
Apakah mobil atau pesawat, sistem kompleks memiliki properti internal yang perlu diukur. Misalnya, dalam pesawat, sensor untuk kecepatan sudut dan percepatan ditempatkan pada lokasi tertentu untuk memperkirakan kecepatan.
Sensor juga dapat memiliki akurasi yang berbeda. Dalam istilah teknis, akurasi diukur oleh kebisingan, atau getaran, dalam pengukuran sensor. Kebisingan ini mempengaruhi seberapa akurat properti internal dapat diprediksi. Namun, akurasi dapat didefinisikan secara berbeda tergantung pada sistem dan aplikasi. Misalnya, beberapa sistem mungkin memerlukan bahwa kebisingan dalam prediksi tidak melebihi jumlah tertentu, sementara yang lain mungkin membutuhkan kuadrat kebisingan semu mungkin. Dalam semua kasus, akurasi prediksi memiliki dampak langsung pada biaya sensor.
“Jika Anda ingin akurasi sensor yang dua kali lebih akurat, biaya kemungkinan akan lebih dari ganda,” kata Bhattacharya. “Selanjutnya, dalam beberapa kasus, akurasi yang sangat tinggi bahkan tidak diperlukan. Misalnya, kamera kendaraan 4K HD mahal untuk deteksi objek tidak diperlukan karena pertama, fitur halus tidak diperlukan untuk membedakan manusia dari mobil lain dan kedua, pemrosesan data dari kamera high-definition menjadi masalah.”
Bhattacharya menambahkan bahwa meskipun sensor sangat akurat, tahu di mana menempatkan sensor sangat penting karena seseorang mungkin meletakkan sensor mahal di lokasi tempat tidak dibutuhkan. Jadi, katanya solusi ideal menyeimbangkan biaya dan presisi dengan mengoptimalkan jumlah sensor dan posisi mereka.
Untuk menguji rasional ini, Bhattacharya dan timnya merancang model matematika menggunakan seperangkat persamaan yang menggambarkan model pesawat F-16. Dalam studi mereka, tujuan peneliti adalah untuk memperkirakan kecepatan maju, arah sudut angin terhadap pesawat (sudut ataque), sudut di mana pesawat menunjuk terhadap horizon (sudut pitch), dan pitch rate untuk pesawat ini. Tersedia untuk mereka, sensor yang biasanya ada dalam pesawat untuk mengukur percepatan, kecepatan sudut, pitch rate, tekanan, dan sudut ataque. Selain itu, model juga disediakan dengan akurasi yang diharapkan untuk setiap sensor.
Model mereka mengungkapkan bahwa tidak semua sensor diperlukan untuk secara akurat memperkirakan kecepatan maju; bacaan dari sensor kecepatan sudut dan sensor tekanan sudah cukup. Juga, sensor ini sudah cukup untuk memperkirakan status fisik lainnya, seperti sudut ataque, tanpa perlu sensor sudut attaque tambahan. Faktanya, sensor ini, meskipun sebagai pengganti untuk mengukur sudut ataque, memiliki efek untuk memperkenalkan redundansi dalam sistem, yang mengakibatkan keandalan sistem yang lebih tinggi.
Bhattacharya katanya kerangka matematika telah dirancang sehingga selalu menunjukkan sensor paling sedikit yang dibutuhkan bahkan jika disediakan dengan koleksi sensor untuk dipilih.
“Misalkan seorang desainer ingin meletakkan setiap jenis sensor di mana saja. Keindahan model matematika kami adalah itu akan menghapus sensor yang tidak diperlukan dan kemudian memberi Anda jumlah sensor minimum yang dibutuhkan dan posisinya,” katanya.
Selanjutnya, peneliti mencatat bahwa meskipun studi ini dari perspektif teknik penerbangan, model matematika mereka sangat umum dan dapat mempengaruhi sistem lain juga.
“Saat sistem teknik semakin besar dan lebih kompleks, pertanyaan di mana meletakkan sensor semakin sulit,” kata Bhattacharya. “Jadi, misalnya, jika Anda membangun daun turbin angin yang sangat panjang, beberapa properti fisik sistem perlu diperkirakan menggunakan sensor dan sensor ini perlu ditempatkan pada lokasi optimal untuk memastikan struktur tidak gagal. Ini tidak sederhana dan itulah tempat kerangka matematika kami hadir.”
Informasi Kontak
