Un team di ricerca della Tufts University ha introdotto Morpho, un software open source rivoluzionario per l'ottimizzazione dei materiali morbidi. Questo strumento innovativo semplifica il complesso processo di modellazione dei materiali morbidi e fluidici, rendendo la scienza dei materiali avanzata accessibile a un pubblico più vasto.
In un significativo passo avanti per la scienza e l'ingegneria dei materiali, un team di ricercatori della Tufts University guidato da Tim Atherton, professore di fisica, ha presentato Morpho, un innovativo software open source progettato per risolvere complessi problemi di ottimizzazione della forma dei materiali morbidi.
"Molte cose interessanti nella scienza e nell'ingegneria sono problemi di ottimizzazione delle forme", ha detto Atherton in un comunicato stampa. "Ciò potrebbe significare ideare i migliori contorni possibili per una città per ospitare traffico e pedoni, o la forma di un letto di fiume con l'acqua che scorre sopra".
Tradizionalmente, la progettazione per materiali rigidi come metallo o cemento è stata relativamente semplice grazie a modelli matematici consolidati. Tuttavia, i materiali morbidi, tra cui tessuti biologici, membrane e persino fluidi mutaforma, pongono una serie unica di sfide a causa della loro capacità di deformarsi sotto varie forze. Queste sfide sono evidenti in applicazioni come valvole cardiache artificiali e materiali robotici morbidi.
Atherton, insieme a James Adler, professore di matematica, e Chaitanya Joshi, studioso post-dottorato in fisica, ha sviluppato Morpho per affrontare queste complessità. Il software, descritto in dettaglio in uno studio pubblicato pubblicato sulla rivista Nature Computational Science, offre una piattaforma gratuita e di facile utilizzo che soddisfa un ampio spettro di scenari di progettazione.
"I pacchetti di modellazione tradizionali vengono utilizzati per l'ottimizzazione geometrica di strutture rigide e di solito non sono progettati per risolvere problemi di ottimizzazione della forma per materiali morbidi", ha aggiunto Atherton. "Gli ingegneri di solito devono elaborare le proprie formulazioni matematiche per materiali morbidi, il che può essere impegnativo. Morpho fornisce un set di strumenti per aiutare chiunque a risolvere comodamente questi problemi".
I materiali morbidi mostrano comportamenti intrinsecamente complessi quando interagiscono con il loro ambiente. Ad esempio, le membrane possono essere influenzate da compressione, flussi di liquidi, pressione e vibrazioni, rendendo le loro forme finali imprevedibili.
Per modellare questi comportamenti, Morpho utilizza l'analisi degli elementi finiti, scomponendo i materiali in forme più piccole e gestibili e risolvendo equazioni per ciascuna di esse per prevedere configurazioni ottimali.
Oltre ai materiali morbidi, le capacità di Morpho si estendono alla risoluzione di problemi di imballaggio e alla modellazione di sistemi eterogenei che includono componenti sia duri che morbidi. Questa versatilità lo rende uno strumento prezioso per un'ampia gamma di settori, dalla produzione farmaceutica alla logistica e all'ingegneria biomedica.
"Non serve molto addestramento sul programma per affrontare problemi complessi", ha aggiunto Atherton. "Ho visto studenti universitari nel giro di un paio di settimane dall'apprendimento di Morpho usare il pacchetto per risolvere problemi di livello di ricerca, il che è incredibile".
Fonte: Tufts University