M. R., Znanost
Med petintridesetimi izstopajočimi inovatorji, mlajšimi od 35 let, ki jih izbira revija MIT Technology Review, je letos tudi 34-letni dr. Jernej Barbič iz okolice Mosta na Soči. Na ta prestižni seznam se je uvrstil zaradi pomembnih izboljšav v računalniški grafiki. Še posebej se je izkazal pri izpopolnjevanju simulacijskih postopkov v animiranih filmih in računalniških igrah, če bo šlo vse po načrtih, pa bo njegova inovacija prispevala tudi k cenejšemu in hitrejšemu načrtovanju avtomobilov in letal.
Program, ki ga je razvil, omogoča kar do desettisočkrat hitrejšo spremembo oblike predmetov na zaslonu, kar ponuja nov način doživljanja virtualnega sveta, je zapisano v obrazložitvi. Njegova metoda hitre simulacije sprememb pa ni uporabna le v filmski industriji in pri računalniških igrah, temveč tudi na napravah, kot so simulatorji operacij, na katerih se učijo kirurgi, pa tudi v strojništvu itd.
O tem najbolje priča podatek, da se prav zdaj pogaja s francoskim podjetjem Haption, enim vodilnih na področju razvoja haptičnih vmesnikov, ki omogočajo premikanje po navideznem okolju, uporabniku pa hkrati vračajo informacijo o sili dotika. To je še posebej pomembno v kirurgiji, saj mora človek čutiti silo med skalpelom in tkivom, v katerega je zarezal. Nič manj pa v industriji, kjer morajo vedeti, kako se bo določena komponenta ujela s celoto.
Dr. Jernej Barbič je v ZDA odšel leta 2001, takoj po diplomi na Fakulteti za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani. Doktoriral je na univerzi Carnegie Mellon v Pittsburghu, zatem je dve leti preživel na slovitem MIT (Massachusetts Institute of Technology) kot podoktorski raziskovalec. Pri 32. letih je septembra 2009 postal profesor računalništva na USC (University of Southern California) v Los Angelesu, eni najboljših ameriških univerz na tem področju. Izbrali so ga med 400 kandidati, od katerih so jih in 21 povabili na pogovor, zaposlitev pa sta dobila dva. Je avtor devetih raziskovalnih člankov v najboljših mednarodnih znanstvenih revijah s področja interaktivne simulacije, numerične matematike, računalniške grafike, optimizacije in fizikalnega modeliranja ter recenzent za več kot 20 mednarodnih znanstvenih revij za računalništvo.
Po elektronski pošti nam je odgovoril na nekaj vprašanj.
Kako bi na poljuden način opisali inovacijo, za katero ste bili uvrščeni med najboljše mlade inovatorje?
Enačbe matematične fizike dobro opišejo mnoge fizikalne sisteme. Zelo pomemben sistem so prožna telesa, kot so zgradbe, botanični sistemi, mehanske komponente, človeško tkivo, lasje in oblačila. Problem pa nastopi pri numeričnem reševanju teh enačb, saj so enačbe, ki opisujejo kompleksno geometrijo (metoda končnih elementov), visokodimenzionalne, vsebujejo veliko spremenljivk in zahtevajo veliko računskega časa tudi na najhitrejših računalnikih.
Razvil sem matematično metodo, ki visokodimenzionalne probleme aproksimira z ustrezno nizkodimenzionalno projekcijo. Metoda omogoča zelo hitro simulacijo prožnih deformacij, na primer celotnega drevesa, vključno z vsemi listi. Možno je modelirati, na primer, hrastov gozd in simulirati vsa drevesa v gozdu, kako se upogibajo v vetru. Če je prej računalnik za tak izračun potreboval, recimo, dva dni časa, potrebuje zdaj le še nekaj sekund. To konkretno pomeni, da lahko filmski studio v svoj film uvrsti bolj realističen gozd, ki občinstvu deluje veliko bolj naravno. Enak princip je mogoče uporabiti za simuliranje gibanja zgradbe, recimo med potresom, za simulacijo gibanja komponent v letalskem motorju ali za deformacije človeškega tkiva med kirurško operacijo.
O tem ste konec avgusta objavili tudi članek z vašim kolegom Zhaom.
Članek z mojim doktorskim študentom Zhaom sodi v serijo člankov, ki sem jih objavil v zadnjih letih. Pomeni pomembno izboljšavo prejšnjih člankov, vendar je samo del celote. Nagrado so mi podelili za moje celotno delo, zadnji članek pa pri tem niti ni igral zelo pomembne vloge.
Kaj konkretno bi prinesel dogovor s francosko družbo Haption glede uporabe vašega postopka?
Francosko podjetje Haption danes na trgu (avtomobilska in letalska industrija; op. p.) ponuja softvere in hardvere za projektiranje komponent v navidezni resničnosti. Inženir, ki recimo projektira letalski motor v programu Autocad ali Cathia, lahko sproži simulacijo in v navidezni resničnosti preveri, ali se komponente res geometrijsko ujemajo, tako da je mogoče motor v tridimenzionalnem svetu tudi sestaviti.
Obstoječi sistem sicer deluje, vendar ima tudi precej pomanjkljivosti, zaradi katerih je trenutno v uporabi zgolj v manjšem številu podjetij v avtomobilski industriji. Podjetje Citroen je ocenilo, da jim že obstoječi sistem prinaša približno deset milijonov evrov dobička na leto. Moja metoda lahko ta sistem še bistveno izboljša, pomeni še bistveno večje prihranke, lahko za faktor 10 ali celo za 100. Če bi se to zgodilo, bi tak sistem postal standard v letalski in industrijski industriji. Uporabljala bi ga vsa podjetja. To bi v praksi pomenilo bistveno cenejše in hitrejše načrtovanje avtomobilov in letal.
Kakšen je trenutno vaš položaj na USC?
Profesor asistent je prva stopnička profesorske kariere v ZDA. Vsak profesor v ZDA je najprej asistent, zatem izredni profesor in na koncu redni profesor. »Tenure-track« profesor, kot je moj naziv, pa pomeni, da gre za pozicijo, ki sodi v okvir tako imenovanega tenure sistema. To so najbolj prestižne profesorske pozicije v ZDA. »Tenure-track« profesorji dobijo zaposlitev najprej za dobo šestih let (odvisno od posamezne univerze). Ob koncu te dobe univerza (eksterno) preveri odmevnost in kvaliteto profesorjevega dela ter profesorju podeli tenure (trajni položaj) ali pa ga odslovi iz službe.
Skoraj 10 let je že od tedaj, ko ste napisali dolg spis o tem, kako uspeti pri prijavi za študij na univerzah v ZDA. Kakšen odziv je imel in kako gledate na študij v ZDA danes kot profesor?
Moj vodič je imel zelo dober odziv. V tem času se je pri meni o možnostih študija v tujini podrobneje pozanimalo približno 100 mladih Slovencev. Glede na to, da imam na domači strani opozorilo, da sem zelo zaposlen, mislim, da se niti niso oglasili vsi, ki bi si to želeli, tako da ga je verjetno prebralo in uporabilo vsaj nekaj sto mladih Slovencev. Mnogim je tudi z mojim vodičem uspelo in so se prebili na najboljše univerze v ZDA in Kanadi.
Študij v ZDA je po mojem prepričanju zelo kvaliteten. Če bi se moral še enkrat odločati, bi šel nedvomno po isti poti. Na dodiplomskem študiju je sicer slovenski študij, recimo matematike in fizike, primerljiv s samo špico na najboljših svetovnih univerzah. Na podiplomskem študiju pa imajo ZDA po mojem mnenju prednost, ker imajo neposreden stik z ameriško industrijo, ki je v računalništvu vodilna v svetu.
Nameravate poučevati tudi v prihodnje?
Želim ostati profesor in hkrati nadaljevati raziskovalno delo. Metode, ki sem jih razvil, že delujejo v mojem laboratoriju. Rad bi, da bi se uveljavile tudi v industriji. Bil bi vesel, če bomo nekega dne zaradi mojega dela vozili varnejše avtomobile, leteli pa hitreje, ceneje in tudi bolj varčno.