Un equipo de investigación de la Universidad Tufts ha presentado Morpho, un revolucionario software de código abierto para optimizar materiales blandos. Esta herramienta revolucionaria simplifica el complejo proceso de modelado de materiales blandos y fluídicos, haciendo que la ciencia avanzada de los materiales sea accesible a un público más amplio.
En un importante avance para la ciencia y la ingeniería de los materiales, un equipo de investigadores de la Universidad Tufts dirigido por Tim Atherton, profesor de física, ha presentado Morpho, un innovador software de código abierto diseñado para resolver problemas complejos de optimización de formas para materiales blandos.
“Muchas de las cosas interesantes en ciencia e ingeniería son problemas de optimización de formas”, dijo Atherton en un comunicado de prensa. “Eso podría significar encontrar los mejores contornos posibles para que una ciudad se adapte al tráfico y a los peatones, o la forma de un lecho de río con agua fluyendo sobre él”.
Tradicionalmente, el diseño de materiales rígidos como el metal o el hormigón ha sido relativamente sencillo gracias a modelos matemáticos bien establecidos. Sin embargo, los materiales blandos (incluidos los tejidos biológicos, las membranas e incluso los fluidos que cambian de forma) plantean un conjunto único de desafíos debido a su capacidad de deformarse bajo diversas fuerzas. Estos desafíos son evidentes en aplicaciones como las válvulas cardíacas artificiales y los materiales robóticos blandos.
Atherton, junto con James Adler, profesor de matemáticas, y Chaitanya Joshi, investigador postdoctoral en física, desarrollaron Morpho para abordar estas complejidades. El software, detallado en un estudio publicado en la revista Nature Computational Science, ofrece una plataforma gratuita y fácil de usar que atiende a un amplio espectro de escenarios de diseño.
“Los paquetes de modelado tradicionales se utilizan para la optimización geométrica de estructuras rígidas y, por lo general, no están diseñados para resolver problemas de optimización de forma para materiales blandos”, añadió Atherton. “Los ingenieros normalmente tienen que idear sus propias formulaciones matemáticas para materiales blandos, lo que puede resultar complicado. Morpho ofrece un conjunto de herramientas para ayudar a cualquier persona a resolver estos problemas de forma cómoda”.
Los materiales blandos presentan comportamientos inherentemente complejos cuando interactúan con su entorno. Por ejemplo, las membranas pueden verse afectadas por la compresión, los flujos de líquidos, la presión y las vibraciones, lo que hace que sus formas finales sean impredecibles.
Para modelar estos comportamientos, Morpho emplea el análisis de elementos finitos, descomponiendo los materiales en formas más pequeñas y manejables y resolviendo ecuaciones para cada una para predecir configuraciones óptimas.
Más allá de los materiales blandos, las capacidades de Morpho se extienden a la solución de problemas de empaquetamiento y al modelado de sistemas heterogéneos que incluyen componentes tanto duros como blandos. Esta versatilidad lo convierte en una herramienta valiosa para una amplia gama de industrias, desde la fabricación farmacéutica hasta la logística y la ingeniería biomédica.
"No es necesario mucho entrenamiento en el programa para abordar problemas complejos", añadió Atherton. "He visto a estudiantes universitarios, en un par de semanas de aprender Morpho, utilizar el paquete para resolver problemas de nivel de investigación, lo cual es asombroso".
Fuente: Universidad Tufts