Une équipe de recherche de l'université Tufts a présenté Morpho, un logiciel open source révolutionnaire destiné à optimiser les matériaux souples. Cet outil révolutionnaire simplifie le processus complexe de modélisation des matériaux souples et fluides, rendant la science des matériaux avancée accessible à un public plus large.
Dans un bond en avant significatif pour la science et l'ingénierie des matériaux, une équipe de chercheurs de l'Université Tufts dirigée par Tim Atherton, professeur de physique, a dévoilé Morpho, un logiciel open source innovant conçu pour résoudre des problèmes complexes d'optimisation de forme pour les matériaux mous.
« De nombreux problèmes d’optimisation de forme sont intéressants en science et en ingénierie », a déclaré Atherton dans un communiqué de presse. « Cela peut consister à trouver les meilleurs contours possibles pour une ville afin de pouvoir accueillir la circulation et les piétons, ou la forme d’un lit de rivière sur lequel coule de l’eau. »
Traditionnellement, la conception de matériaux rigides comme le métal ou le béton est relativement simple grâce à des modèles mathématiques bien établis. Cependant, les matériaux souples, notamment les tissus biologiques, les membranes et même les fluides à forme variable, posent un ensemble de défis uniques en raison de leur capacité à se déformer sous l'effet de diverses forces. Ces défis sont évidents dans des applications telles que les valves cardiaques artificielles et les matériaux robotiques souples.
Atherton, en collaboration avec James Adler, professeur de mathématiques, et Chaitanya Joshi, chercheuse postdoctorale en physique, a développé Morpho pour répondre à ces complexités. Le logiciel, détaillé dans une étude publié dans la revue Nature Computational Science, propose une plate-forme conviviale et gratuite qui répond à un large éventail de scénarios de conception.
« Les logiciels de modélisation traditionnels sont utilisés pour l’optimisation géométrique des structures rigides et ne sont généralement pas conçus pour résoudre les problèmes d’optimisation de forme des matériaux souples », a ajouté M. Atherton. « Les ingénieurs doivent généralement élaborer leurs propres formulations mathématiques pour les matériaux souples, ce qui peut s’avérer difficile. Morpho propose un ensemble d’outils pour aider chacun à résoudre facilement ces problèmes. »
Les matériaux souples présentent des comportements intrinsèquement complexes lorsqu'ils interagissent avec leur environnement. Par exemple, les membranes peuvent être influencées par la compression, les écoulements de liquide, la pression et les vibrations, ce qui rend leur forme finale imprévisible.
Pour modéliser ces comportements, Morpho utilise l’analyse par éléments finis, décomposant les matériaux en formes plus petites et gérables et résolvant des équations pour chacune d’elles afin de prédire les configurations optimales.
Au-delà des matériaux souples, les capacités de Morpho s'étendent à la résolution de problèmes d'emballage et à la modélisation de systèmes hétérogènes comprenant à la fois des composants durs et souples. Cette polyvalence en fait un outil précieux pour un large éventail d'industries, de la fabrication pharmaceutique à la logistique et à l'ingénierie biomédicale.
« Il n’est pas vraiment nécessaire de suivre une formation approfondie sur le programme pour résoudre des problèmes complexes », a ajouté M. Atherton. « J’ai vu des étudiants de premier cycle utiliser le logiciel Morpho quelques semaines après avoir appris à utiliser le logiciel pour résoudre des problèmes de niveau recherche, ce qui est incroyable. »
Source: Tufts University