Los ingenieros de hoy se encuentran en un aprieto, los requisitos de productos cada vez más avanzados están superando las capacidades de los materiales que están inmediatamente disponibles. Los componentes eléctricos deben ser más pequeños, los plásticos requieren materias primas más variadas y sostenibles, los edificios deben usar menos energía, los médicos desean utilizar dispositivos médicos adaptados paciente por paciente. Como resultado, los ingenieros deben encontrar soluciones cada vez más complicadas.

Este desafío se extiende más allá de qué material o combinación de materiales podría usar un ingeniero, las estructuras de los materiales o cómo se fabrica la pieza terminada pueden afectar el diseño final. Para aprovechar realmente los beneficios que ofrecen los materiales avanzados, los ingenieros deben adoptar un enfoque “multiescala” para el diseño de materiales, considerando cómo las diferentes escalas de longitud (es decir, desde macroscópicas a microscópicas a cuánticas) y diversas estructuras contribuyen a las propiedades generales de sus productos finales.

Las propiedades de los materiales son intrínsecamente multiescala. En pocas palabras, las características establecidas en el nivel cuántico se suman a través de los átomos, las moléculas y las redes (o la falta de ellas) para producir las propiedades que vemos a nivel global.

Sin embargo, no existe una fórmula única que pueda describir estos cambios a medida que avanzamos de la subatómica a la macroescala. Requiere construir puentes entre múltiples campos de la física y tener en cuenta los efectos aditivos de pequeños cambios en la pureza y estructura del material. Lograr este objetivo significa ir más allá de la experimentación física para utilizar los avances en el modelado y simulación de materiales. Existen herramientas que permiten a los científicos ejecutar y repetir rápidamente experimentos en silico para analizar más rápidamente diferentes combinaciones de materiales y estructuras para optimizar el rendimiento del producto final.

La adopción de herramientas de modelado y simulación, como Materials Studio, para aumentar el diseño del producto presenta una oportunidad única para los ingenieros: en lugar de diseñar una pieza según las restricciones de los materiales disponibles, pueden diseñar un material basado en las propiedades de los materiales que necesitan sus piezas. Esto permitiría a los equipos diseñar más libremente, permitiéndoles realizar cambios rápidamente en los productos en función de las variaciones en el coste, el suministro, los requisitos reglamentarios o las demandas de los clientes.

Por lo tanto, los beneficios del modelado y simulación de materiales multiescala se extienden más allá del valor comercial o científico puro; mejoran de manera integral la productividad en I + D. Esto permite a los científicos explorar activamente nuevas áreas de investigación de vanguardia y metodologías de materiales, que incluyen nanomateriales, biomimetismo o materiales inteligentes, entre otros.

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