タフツ大学の研究チームは、軟質材料を最適化するための革新的なオープンソース ソフトウェアである Morpho を発表しました。この画期的なツールは、軟質および流体材料のモデリングの複雑なプロセスを簡素化し、高度な材料科学をより幅広いユーザーが利用できるようにします。
材料科学と工学の大きな飛躍として、物理学教授のティム・アサートン氏が率いるタフツ大学の研究チームが、柔らかい材料の複雑な形状最適化問題を解決するために設計された革新的なオープンソースソフトウェア、Morpho を発表しました。
「科学や工学の分野で興味深いことの多くは、形状最適化問題です」とアサートン氏はニュースリリースで述べた。「それは、交通や歩行者を収容する都市の可能な限り最良の輪郭や、水が流れる川床の形状を考え出すことを意味するかもしれません。」
従来、金属やコンクリートなどの硬い材料の設計は、確立された数学モデルのおかげで比較的簡単でした。しかし、生物組織、膜、さらには形状変化する流体などの柔らかい材料は、さまざまな力を受けて変形する性質があるため、独特の課題を抱えています。これらの課題は、人工心臓弁や柔らかいロボット材料などの用途で顕著です。
アサートンは、数学教授のジェームズ・アドラー、物理学の博士研究員チャイタニヤ・ジョシとともに、これらの複雑さに対処するためにモルフォを開発した。研究で詳細が述べられているこのソフトウェアは、 公表 Nature Computational Science誌に掲載されたこのツールは、幅広い設計シナリオに対応する、ユーザーフレンドリーな無料プラットフォームを提供しています。
「従来のモデリング パッケージは、剛性構造の幾何学的最適化に使用され、通常、柔らかい材料の形状最適化問題を解決するようには設計されていません」と Atherton 氏は付け加えました。「エンジニアは通常、柔らかい材料について独自の数学的定式化を考え出す必要があり、これは困難な場合があります。Morpho は、誰もが簡単にこれらの問題を解決できるようにするためのツール セットを提供します。」
柔らかい材料は、環境と相互作用する際に本質的に複雑な動作を示します。たとえば、膜は圧縮、液体の流れ、圧力、振動の影響を受けるため、最終的な形状は予測できません。
これらの動作をモデル化するために、Morpho は有限要素解析を採用し、材料をより小さく扱いやすい形状に分解し、それぞれの方程式を解いて最適な構成を予測します。
Morpho の機能は、ソフトマテリアルだけでなく、パッキング問題の解決や、ハードコンポーネントとソフトコンポーネントの両方を含む異種システムのモデリングにも及びます。この汎用性により、医薬品製造から物流、バイオメディカルエンジニアリングまで、幅広い業界にとって貴重なツールとなっています。
「複雑な問題に取り組むのに、このプログラムについて多くのトレーニングを受ける必要はありません」とアサートン氏は付け加えた。「学部生が Morpho を学習してから数週間以内に、このパッケージを使用して研究レベルの問題を解決するのを見たことがあります。これは驚くべきことです。」
出典： タフツ大学