Scientific Machine Learning for Guided Wave and Surface Acoustic Wave (SAW) Propagation: PgNN, PeNN, PINN, and Neural Operator

计算机科学 转化式学习 离散化 波传播 人工神经网络 可扩展性 波动方程 人工智能 机器学习 物理 数学 心理学 教育学 量子力学 数据库 数学分析
作者
Nafisa Mehtaj,Sourav Banerjee
出处
期刊:Sensors [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:25 (5): 1401-1401 被引量:1
标识
DOI:10.3390/s25051401
摘要

The governing Partial Differential Equation (PDE) for wave propagation or the wave equation involves multi-scale and multi-dimensional oscillatory phenomena. Wave PDE challenges traditional computational methods due to high computational costs with rigid assumptions. The advent of scientific machine learning (SciML) presents a novel paradigm by embedding physical laws within neural network architectures, enabling efficient and accurate solutions. This study explores the evolution of SciML approaches, focusing on PINNs, and evaluates their application in modeling acoustic, elastic, and guided wave propagation. PINN is a gray-box predictive model that offers the strong predictive capabilities of data-driven models but also adheres to the physical laws. Through theoretical analysis and problem-driven examples, the findings demonstrate that PINNs address key limitations of traditional methods, including discretization errors and computational inefficiencies, while offering robust predictive capabilities. Despite current challenges, such as optimization difficulties and scalability constraints, PINNs hold transformative potential for advancing wave propagation modeling. This comprehensive study underscores the transformative potential of PINN, followed by recommendations on why and how it could advance elastic, acoustic, and guided wave propagation modeling and sets the stage for future research in the field of Structural Health Monitoring (SHM)/Nondestructive Evaluation (NDE).
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