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![Campo eléctrico instantáneo simulado de la onda hiperbólica excitada en el metamaterial y del polaritón de plasmones superficiales que se propaga en la interfaz metamaterial-aire, Application ID: 12071, por COMSOL [2].](/images/productos/comsol/2024/Cover Wave Optics.png "Campo eléctrico instantáneo simulado de la onda hiperbólica excitada en el metamaterial y del polaritón de plasmones superficiales que se propaga en la interfaz metamaterial-aire, Application ID: 12071, por COMSOL [2].")
Introducción a los metamateriales hiperbólicos
En el mundo de la física de materiales, los metamateriales hiperbólicos destacan por su capacidad para manipular ondas electromagnéticas de manera única. Estos materiales, diseñados artificialmente, presentan una anisotropía extrema que permite la propagación de ondas con propiedades que no se encuentran en la naturaleza. Esta singularidad los hace ideales para aplicaciones avanzadas en óptica y fotónica, donde se requiere un control preciso de la luz a escalas nanométricas. Ver Blog de COMSOL en [1].
Metamateriales y la expansión del universo
El artículo "Simulation of the Expanding Universe in Hyperbolic Metamaterials" por Jiao-zhen She y colaboradores, publicado en Optics Express [3], nos muestra cómo estos metamateriales pueden simular la expansión del universo. Utilizando la óptica transformacional, los investigadores han creado un modelo que replica la expansión cósmica dentro de un metamaterial hiperbólico. Esta capacidad se basa en la manera en que estos materiales manipulan las trayectorias de las ondas, similar a la deformación del espacio-tiempo en el cosmos real.
Resultados e implicaciones
Los resultados de estas simulaciones muestran que los metamateriales hiperbólicos pueden reproducir características fundamentales de la expansión del universo, como la modificación del horizonte de partículas. Este avance no solo amplía nuestro conocimiento teórico de la cosmología, sino que también promete aplicaciones prácticas en la creación de dispositivos ópticos avanzados y nuevas tecnologías fotónicas.
Así, este estudio abre nuevas posibilidades para la investigación donde la física de materiales y la cosmología convergen. Con los avances en la fabricación de metamateriales y la mejora continua de las técnicas de simulación, podríamos estar al borde de innovaciones tecnológicas revolucionarias, desde sensores ópticos ultra-sensibles hasta dispositivos de comunicación más eficientes.
Ejemplos relacionados
Otros ejemplos relacionados con Metalmateriales se encuentran en la Application Library. Por ejemplo ver el modelo “Dispersion and Hyperbolic Wave in a Metal–Dielectric Layered Metamaterial”, Application ID: 12071, por COMSOL [4]. En este modelo se construye un metamaterial hiperbólico plasmónico de frecuencia visible utilizando capas periódicas de plata (Ag) de 10 nm de grosor y dióxido de silicio (SiO2) de 15 nm de grosor. El modo hiperbólico se excita usando una fuente de dipolo puntual ubicada a una distancia de 25 nm por encima del metamaterial.
Referencias
[1] Blog de COMSOL: Modeling a Hyperbolic Wave in a Metal–Dielectric Layered Metamaterial.
[2] Galería de aplicaciones de COMSOL: Dispersion and Hyperbolic Wave in a Metal–Dielectric Layered Metamaterial.
[3] Jiao-zhen She, Sicen Tao, Tong Liu, and Huanyang Chen. Simulation of the expanding universe in hyperbolic metamaterials. Optics Express 31: 20, pp. 33312-33319 (2023). DOI: https://doi.org/10.1364/OE.501819.
[4] COMSOL Wave Optics Module
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Esta mañana ha tenido lugar la inauguración de la en el edificio del Rectorado de la Universidad de Málaga. Se trata del foro nacional de simulación multifísica que congrega a profesionales e investigadores para presentar sus trabajos de I+D, desarrollados con COMSOL Multiphysics, en diversos ámbitos de la ingeniería y la ciencia.
La sesión de bienvenida ha sido presidida por Alejandro Rodríguez, Director de la , Ed González, Director de Desarrollo de la sección de Mecánica Estructural de COMSOL AB, Emilio Ruiz Reina, Director Académico de la escuela de másteres y Juan Antonio Rubio, Jefe de Proyectos de Addlink Software Científico, S.L.
Entre las conferencias plenarias de la mañana ha destacado la exposición del profesor del Dr. Emilio Martínez-Pañeda, profesor de la Universidad de Oxford, con el título "Modeling Hydrogen Embrittlement with COMSOL Multiphysics". En este trabajo, el profesor Emilio Martínez-Pañeda analiza con COMSOL Multiphysics cómo el hidrógeno fragiliza los materiales metálicos, reduciendo drásticamente su ductilidad, tenacidad a la fractura y resistencia al crecimiento de grietas por fatiga. Este comportamiento del hidrógeno supone un serio inconveniente para utilizar el sistema actual de gaseoductos de acero para la distribución de hidrógeno. El trabajo del Dr. Emilio Martínez-Pañeda podría facilitar la búsqueda de posibles soluciones.
A continuación dejamos una muestra de diferentes momentos de la jornada:
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Por Alyssa Sarro.
Los trabajadores de la construcción mantienen el mundo en funcionamiento construyendo nuestras oficinas, vecindarios, hospitales y escuelas.
Sin embargo, trabajar en esta área puede ser intrínsecamente peligroso. Los trabajadores se enfrentan a un peligro constante por la caída de objetos, maquinaria pesada y otras lesiones en el lugar de trabajo. Aunque están dando forma a la infraestructura que nos rodea, este progreso puede tener un precio muy alto.
EL COSTE DE TOMAR ATAJOS
Se estima que el coste anual total de todas las lesiones en la construcción en los Estados Unidos es de más de 11,5 mil millones de dólares. Además, la Oficina de Estadísticas Laborales de EE. UU. registró que la tasa de mortalidad para este grupo ocupacional aumentó de 12,3 muertes por cada 100.000 trabajadores FTE en 2021 a 13,0 en 2022. Los trabajadores en ocupaciones de la construcción tuvieron el segundo mayor número de muertes en comparación con todos los demás grupos ocupacionales.
El verdadero coste de las lesiones en la construcción va mucho más allá de la carga anual estimada de 11.500 millones de dólares, y la creciente tasa de mortalidad pone de relieve esta gravedad. Estas lesiones no son sólo reveses económicos, pueden poner fin a carreras, limitar actividades y dejar impactos duraderos en todas las partes interesadas.
MINITAB PUEDE AYUDAR A COMENZAR
La buena noticia es que Minitab ofrece soluciones que pueden ayudar a reducir las lesiones en el lugar de trabajo. Para ilustrar esto, consideremos una empresa ficticia llamada Surefoot Construction. Los líderes quieren ser más conscientes de las precauciones de seguridad en el lugar de trabajo de sus empleados. Este compromiso con la seguridad de sus empleados va más allá del simple cumplimiento de la normativa; Implica comprender dónde están las raíces de los problemas e implementar cambios para proteger tanto a los empleados como a la empresa.
Adoptar un enfoque reactivo de la seguridad simplemente continuando respondiendo a los incidentes después de que ocurren no abordará las causas de los peligros en el lugar de trabajo. Fue entonces cuando Surefoot recurrió a Minitab Statistical Software en busca de ayuda. Decidieron utilizar Minitab para analizar los datos del año anterior e identificar tendencias y patrones que de otro modo podrían haber pasado desapercibidos.
Surefoot experimentó más lesiones que la norma en empresas similares. Los gráficos de Pareto, un tipo de visualización que encontrará en Minitab Statistical Software, destacan por resaltar los factores que más contribuyen a un problema en particular. El uso de un diagrama de Pareto reveló los tipos de lesiones que ocurren con mayor frecuencia en los lugares de trabajo de Surefoot:
Al visualizar los datos de lesiones, Surefoot pudo ver que el 38,1% del total de lesiones que ocurrieron en sus lugares de trabajo estaban relacionadas con caídas. Basándose en los datos, los dirigentes razonaron que la mayor mejora en la seguridad en las obras de construcción podría lograrse reduciendo el número de accidentes por caídas.
Obtenga más información sobre las soluciones de construcción de Minitab.
Según la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA), se debe proporcionar protección contra caídas en elevaciones de seis pies o más en la industria de la construcción. Sin embargo, también exigen que se proporcione protección contra caídas al trabajar sobre equipos y maquinaria peligrosos, independientemente de la altura.
Comprometidos con la mejora continua, Surefoot identificó peligros potenciales en sus sitios de construcción. Estas áreas, aunque cumplen con OSHA, presentaban riesgos potenciales de caídas y se beneficiarían de la instalación de precauciones adicionales como barandillas y rodapiés. Surefoot decidió instalar barandillas en todas las alturas elevadas de cinco pies o más y cerca o alrededor de cualquier equipo peligroso. Además, instalaron nuevas cubiertas en todos los huecos del suelo para garantizar que el equipo de seguridad no se desgastara.
Después de implementar estos cambios, Surefoot quería evaluar si había mejorado la seguridad contra caídas en sus sitios de construcción. Utilizando nuevamente Minitab Statistical Software, utilizaron los nuevos datos sobre lesiones del año y ejecutaron una prueba de dos proporciones. A través de este análisis, la proporción de caída de incidentes con respecto al total de incidentes del año anterior se compara con la nueva proporción de caída de incidentes con respecto al total de incidentes para ver si se produjo una diferencia estadísticamente significativa:
A partir de los resultados integrales proporcionados a través de Minitab Statistical Software, Surefoot pudo ver que con un valor de p de 0,007 había una diferencia significativa en las dos muestras. Esto sugirió una gran probabilidad de que la diferencia observada en la caída de las tasas de incidentes entre los dos años no se deba simplemente al azar, sino más bien a una consecuencia genuina de los cambios de seguridad implementados. Este hallazgo estadísticamente significativo proporcionó a Surefoot la evidencia para evaluar el éxito de sus iniciativas de seguridad.
LOS BENEFICIOS DE LA SEGURIDAD BASADA EN DATOS
Esta adopción de la seguridad basada en datos sirve como ejemplo para la industria de la construcción, destacando el poder transformador de Minitab para cultivar un ambiente de trabajo más seguro. Las empresas pueden eliminar las limitaciones de las conjeturas y lograr una comprensión clara de cómo sus iniciativas de seguridad están impactando el bienestar de su fuerza laboral y fortaleciendo la seguridad de su negocio.
En la construcción, el coste promedio por caso de lesión fatal o no fatal es de $27000. La seguridad basada en datos permite a las empresas realizar cambios estratégicos, optimizar la asignación de recursos y perfeccionar continuamente sus programas de seguridad. El ejemplo que analizamos hoy resalta cómo Minitab y las estadísticas pueden ser una herramienta transformadora que promueve la seguridad de los trabajadores y la salud financiera de una empresa, algo que beneficia a todos los interesados en la industria de la construcción.
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¡La convocatoria para participar ya está abierta!
Nos complace anunciar que la Conferencia Maple 2024 se llevará a cabo virtualmente del 24 al 25 de octubre de 2024. Hasta el 17 de julio, se aceptan propuestas de presentaciones sobre una variedad de temas relacionados con Maple, incluido Maple en educación, algoritmos, software y aplicaciones.
Los temas podrían incluir, entre otros:
- Métodos simbólicos y simbólico-numéricos para la resolución de problemas matemáticos, de cualquier campo.
- Técnicas de optimización de algoritmos y ajuste del rendimiento.
- Uso eficaz de tipos y representaciones de datos para problemas o dominios particulares.
- Interfaces de usuario para la resolución de problemas matemáticos.
El trabajo descrito en su presentación se puede implementar en sistemas distintos a Maple, siempre y cuando se exprese claramente su relevancia para la comunidad Maple.
Los temas podrían incluir, entre otros:
- Aplicaciones que utilizan Maple en entornos inusuales o de formas inusuales.
- Aplicaciones que superan o amplían el límite de lo que Maple puede hacer.
- Aplicaciones que exploran problemas críticos del mundo.
- Aplicaciones que combinan Maple con otras tecnologías
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Maple en educación |
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Aplicaciones de Maple |
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Los temas incluyen, aunque no están limitados a:
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Los temas podrían incluir, entre otros:
El trabajo descrito en su presentación se puede implementar en sistemas distintos a Maple, siempre y cuando se exprese claramente su relevancia para la comunidad Maple. |
Los temas podrían incluir, entre otros:
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- Categoría: Comsol
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La óptica de rayos (Ray Optics), es una técnica utilizada para modelar la trayectoria de los rayos de luz a medida que interactúan con diferentes materiales. Esta técnica simula el comportamiento de la luz, incluyendo reflexiones, refracciones y difracciones, proporcionando una representación realista de cómo la luz se propaga y se distribuye en un entorno. Originalmente popularizado en la industria de los gráficos por ordenador para generar imágenes y efectos visuales fotorrealistas, la óptica de rayos ha encontrado aplicaciones vitales en campos como la óptica, la fotónica y la ingeniería electromagnética.
El uso de la óptica de rayos en simulaciones físicas depende de ciertas suposiciones relacionadas con el tamaño del objeto en comparación con la longitud de onda de la luz u otras ondas electromagnéticas. Aquí se detallan los criterios físicos clave para aplicar óptica de rayos en COMSOL:
Relación tamaño del objeto y longitud de onda
La óptica de rayos es más efectiva cuando los objetos o estructuras que se están simulando son mucho más grandes que la longitud de onda de la luz u onda electromagnética en cuestión. Esto se debe a que la óptica de rayos trata la luz como rayos geométricos, lo cual es una buena aproximación cuando la longitud de onda es pequeña en comparación con las dimensiones del objeto [1]. En términos generales:
- Región geométrica: Se aplica cuando las dimensiones características del objeto (como el diámetro de una lente o el tamaño de un espejo) son al menos diez veces mayores que la longitud de onda. Por ejemplo, para la luz visible (longitud de onda entre 400 nm y 700 nm), Ray Optics es apropiado para simular objetos con dimensiones en el rango de micrómetros a metros.
- Región de aproximación de alta frecuencia: También conocida como la aproximación de rayos, se usa cuando la longitud de onda es lo suficientemente pequeña como para que los efectos de difracción y interferencia sean insignificantes.
Figura 1: Relación entre tamaño de objeto y longitud de onda [1] y las diferentes aproximaciones aplicables.
Ejemplo de aplicación: Monocromador Czerny-Turner
Un monocromador Czerny-Turner separa espacialmente la luz policromática en una serie de rayos monocromáticos. Este modelo simula una configuración cruzada de Czerny-Turner que consta de un espejo colimador esférico, una rejilla de difracción plana, un espejo de imagen esférico y un detector de dispositivo de carga acoplada (CCD). El modelo [2] utiliza la interfaz de Óptica Geométrica para calcular las posiciones de los rayos incidentes en el plano del detector, a partir de las cuales se puede derivar la resolución del dispositivo.
La Figura 2 muestra las trayectorias de los rayos en el espectrómetro. La longitud de onda en espacio libre está indicada por la expresión de color. Después de que los rayos se reflejan por la rejilla, los rayos de diferentes frecuencias se propagan en diferentes direcciones y llegan a diferentes ubicaciones en el detector CCD.
Figura 2. Separación de la longitud de onda en el detector CCD.
El módulo de Ray Optics de COMSOL Multiphysics representa un avance significativo en la capacidad de simulación óptica y electromagnética. Esta técnica permite a los usuarios modelar con gran precisión la propagación de la luz y otros fenómenos ondulatorios en medios complejos, facilitando el diseño y optimización de dispositivos avanzados en diversas industrias. La capacidad de manejar sistemas ópticos complejos y mejorar la precisión de las simulaciones promete impulsar la innovación y el desarrollo tecnológico en múltiples campos.
Referencias
[1] Blog de COMSOL: Guide to Frequency Domain Wave Electromagnetics Modeling
[2] Galería de aplicaciones de COMSOL: Czerny–Turner Monochromator
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- Categoría: Signals ChemDraw
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- Categoría: Minitab
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Las Buenas Prácticas de Fabricación (GMP, por sus siglas en inglés) son una serie de normas y directrices que las empresas manufactureras deben seguir para garantizar que sus productos cuentan con unos estándares de calidad y seguridad. Uno de los elementos clave en las auditorias GMP es la Revisión de la Calidad del Producto (PQR, Product Quality Review) que se está transformando cada vez más en un punto fundamental de las inspecciones regulatorias.
El objetivo del PQR es verificar la consistencia del proceso, evaluar la pertinencia de las especificaciones de los materiales y productos, detectar tendencias y proponer mejoras tanto en el proceso como en el producto. Minitab proporciona las herramientas necesarias tanto para el estudio de la estabilidad del proceso como para la evaluación de su capacidad.
ESTABILIDAD DEL PROCESO
Para evaluar si el proceso está bajo control, Minitab ofrece herramientas visuales como los gráficos de control, también conocidos como gráficos de Shewhart. Estos gráficos permiten distinguir entre la variabilidad inherente al proceso (causas comunes) y aquellas causas que afectan el proceso de manera no habitual (causas especiales).
El gráfico de control está compuesto por los límites de control (superior e inferior) que delinean la zona de variabilidad natural del proceso. Cuando las observaciones se encuentran dentro de estos límites, se considera que el proceso está bajo control. Sin embargo, la presencia de puntos fuera de estos límites (o patrones no aleatorios dentro de éstos) indica la existencia de causas especiales que han afectado el proceso de manera no habitual.
Existen diferentes tipos de gráficos de control, adaptados al tipo de variable a monitorear (continua o discreta) y a la propiedad que se desea evaluar a lo largo del tiempo, ya sea el valor medio o la variabilidad promedio. Se recomienda utilizar ambos en conjunto para garantizar un monitoreo completo y efectivo del proceso.
CAPACIDAD
Para determinar si un proceso es capaz de producir una salida que satisfaga los requisitos del cliente, Minitab ofrece análisis de capacidad. Estos análisis comparan la amplitud de la dispersión del proceso bajo control con la amplitud de la dispersión de especificación (definida por el cliente): cuando un proceso es capaz, la dispersión del proceso es menor que la dispersión de especificación. Índices como Cp, Cpk, Pp y Ppk ofrecen una evaluación numérica de la capacidad del proceso y sugieren áreas de mejora.
Sin embargo, surge una pregunta común: ¿Qué hacer si la variable de estudio no sigue una distribución normal? En este caso, es esencial cuestionar el origen de los datos; investigar la fiabilidad de las mediciones mediante estudios de Repetibilidad y Reproducibilidad (R&R) e identificar posibles factores externos que puedan influir en la distribución de la variable así como la presencia de valores atípicos. También se puede cuestionar la distribución de la métrica, pudiendo justificar la necesidad de transformar la variable para mejorar la normalidad (por ejemplo tomando el logaritmo en el caso de concentraciones pequeñas).
¿QUIERES APLICAR ESTAS HERRAMIENTAS A TUS DATOS?
Definir los límites de control, seleccionar los tipos de gráficos adecuados, determinar la frecuencia de muestreo, realizar estudios de repetibilidad y reproducibilidad (R&R) o llevar a cabo un estudio de capacidad son tareas que se abordan en nuestro curso de calidad y mejora continua con Minitab.
Si desea recibir una propuesta formal del coste del curso en su caso particular, póngase en contacto con nuestro departamento comercial por teléfono (934154904 o 915158276) o a través de este FORMULARIO