Jak superpočítače a numerické modelování zrychlují vývoj nových materiálů

Jak pochopit, co se děje pod povrchem, když se tam nemůžeme podívat?

Představte si, že pracujete na vývoji revolučních materiálů, ale k dispozici máte pouze fragmenty dat, jako například povrchové teploty a vizuální záznamy změn. Tyto informace musíte navíc získat z praktických experimentů a vizuálních pozorování, a také analýzu provádíte manuálně.

Právě s touto situací se potýkala experimentální výzkumnice zabývající se vývojem nových materiálů metodou „sinteringu“. Přestože byla schopna měřit teplotu na povrchu peletky, procesy uvnitř zůstávaly záhadou.

Co se skutečně děje uvnitř peletky během zahřívání ve vakuu? Jak se mění teplota v různých místech peletky a jak tento „teplotní gradient“ ovlivňují kvalitu materiálu? Bez těchto odpovědí byl přesnější výzkum limitovaný.

Pomoci mohou superpočítače a numerické modelování

Aby mohla posunout svou experimentální práci na vyšší úroveň, spojila se výzkumnice s Národním centrem kompetence pro HPC (NCK).

„Nejprve jsme společně probrali možnosti využití digitálního zpracování obrazu, které by automatizovalo vizuální vyhodnocování teplotních změn a výrazně jí ušetřilo čas při analýze dat,“ osvětlil Tomáš Karásek, vedoucí NCK. Podařilo se také navrhnout přístup, kterým bude možné získat chybějící data – numerické modelování.

Společně s experty IT4Innovations národního superpočítačového centra jsme na základě fyzikálních veličin a simulací vytvořili model, který dokáže odhadnout průběh teplot uvnitř peletky – nejen na jejím povrchu.

Pomocí superpočítače jsme simulovali šíření tepla při ohřevu, což přineslo detailní přehled o teplotních gradientech. Tento proces lze přirovnat ke grilování masa. Zatímco povrch se rychle ohřívá, teplo se do středu dostává postupně. Stejně tak jsme mohli přesně ukázat, jak se teplota šíří uvnitř peletky.

Společný projekt: Z laboratoře ke grantovému úspěchu

Během konzultací vyšlo najevo, že v rámci předešlého projektu výzkumnice narazila na kritiku – její výzkum postrádal modelování vnitřních procesů. Spojili jsme proto síly a podali společný projekt do grantového programu GAČR. Díky kombinaci experimentálních měření a numerických simulací bylo možné přinést hlubší vhled do dějů uvnitř materiálů, a tím zvýšit šance na úspěšné přijetí projektu.

Výsledek: Rychlejší a přesnější vývoj materiálů

Spolupráce ukázala, jak zásadní je propojení experimentu a simulací. Numerické modelování nejenže zpřesnilo analýzu teplotních procesů, ale také odhalilo jevy, které by byly jinak neviditelné. Výzkumnice nyní disponuje nástroji, které jí umožňují zefektivnit vývoj nových materiálů a zároveň získat konkurenční výhodu ve svém oboru.

Když experiment potká výpočetní sílu

Tato success story je příkladem toho, jak mohou superpočítače překlenout propast mezi teorií a praxí. Numerické modelování vnáší jasnější obraz do procesů, které jsou jinak skryté pod povrchem. Ať už pracujete na jakémkoli inovativním projektu, moderní technologie HPC mohou být vaším klíčovým spojencem na cestě k úspěchu.

Zaujalo vás, jak HPC dokáže posunout i váš výzkum? Kontaktujte nás a zjistěte, co pro vás můžeme udělat.