La ciencia de redes es cómo los matemáticos y los diseñadores de software construyen redes sociales complicadas como Facebook. Pero un grupo de investigadores de la Universidad Estatal de Florida descubrió que estas ecuaciones pueden decirle mucho a los ingenieros sobre la composición de diferentes materiales.
Uso de la ciencia de redes - parte de un campo matemático más grande llamado teoría de grafos - Profesor de Ingeniería Mecánica FAMU-FSU William Oates, ex alumno graduado Peter Woerner y Profesor Asociado Kunihiko "Sam" Taira mapeó fuerzas atómicas de largo alcance en un increíblemente complejográfico para simular el comportamiento del material macroscópico.
El grupo desarrolló y aplicó un método que simplifica enormemente el gráfico para que otros investigadores puedan replicar el proceso con otros materiales.
El trabajo se publica en la revista PLOS UNO .
Oates dijo que el uso de la teoría de gráficos permite a los investigadores comprender mejor cómo funcionan las moléculas que componen un material a nivel macroscópico.
"Todos los átomos tienen electrones y núcleos con cargas positivas, crean fuerzas entre los iones", dijo Oates. "Intentar describir eso como una estructura global es un desafío. Existen métodos para modelar moléculas, pero el desafío es cómo describircomportamiento macroscópico. Saber cómo interactúan las moléculas es solo la mitad del problema. La ciencia de redes proporciona un puente único que nos permite llevar la dinámica de las moléculas al mundo macroscópico ".
En última instancia, los investigadores quieren comprender todas las interacciones atómicas en un material determinado para que puedan entender cómo y por qué los materiales se comportan de ciertas maneras, dijo Oates. Pero cuando realiza un seguimiento de todas las interacciones atómicas en un material, se convierte en ungran problema para resolver en una computadora.
El grupo de Oates trabajó para que fuera un problema mucho más pequeño.
Al mirar un gráfico que muestra los átomos en un material, Oates dijo que piensa en los átomos y las fuerzas entre ellos como cuentas y resortes. Las cargas atómicas conectan estas cuentas, y vibran de formas complicadas, algunas más rápidas y otrasmás lento.
Para fines de ingeniería, no era necesario realizar un seguimiento de todas las fuerzas. Por lo tanto, el grupo aplicó un método para descubrir cómo se podían volver a conectar las fuerzas en el gráfico sin crear errores.
Usando ese conocimiento, su algoritmo eliminó ciertas fuerzas atómicas dentro del gráfico y lo reconectó para que mantuvieran información importante al tiempo que facilitaba el cálculo del comportamiento macroscópico.
"Cortó las cosas sin importancia y mantuvo las partes importantes para hacer que las simulaciones se ejecuten sustancialmente más rápido", dijo Oates. "Ese era realmente el objetivo: simplificarlo para acelerar la investigación de materiales computacionales".
La investigación de Oates está financiada por el programa EAGER de la National Science Foundation, una infusión de fondos de un año que permite a un miembro de la facultad perseguir una idea de investigación de alto riesgo pero potencialmente transformadora.
Este primer estudio fue más una prueba de concepto, dijo. Ahora analizará si este método teórico de grafos puede decir a los investigadores cómo hacer que un material sea más eficiente o cómo puede transportar energía más rápido.
"Podríamos usar estos modelos de red para ayudar a facilitar ese proceso de diseño", dijo Oates.
Aditya Nair, estudiante de doctorado en la Facultad de Ingeniería FAMU-FSU, también contribuyó a este estudio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Florida . Original escrito por Kathleen Haughney. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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