터프츠 대학의 한 연구팀은 연성 소재를 최적화하기 위한 혁신적인 오픈소스 소프트웨어인 Morpho를 소개했습니다. 이 획기적인 도구는 연성 및 유동 소재를 모델링하는 복잡한 프로세스를 단순화하여 고급 소재 과학을 더 많은 사람이 접할 수 있게 합니다.
재료 과학 및 공학 분야에서 큰 진전을 이룬 사례로, 물리학 교수인 팀 애서튼이 이끄는 터프츠 대학 연구진이 연성 재료의 복잡한 형상 최적화 문제를 해결하도록 설계된 혁신적인 오픈 소스 소프트웨어인 Morpho를 공개했습니다.
"과학과 공학에서 흥미로운 많은 것들은 모양 최적화 문제입니다." Atherton은 보도자료에서 이렇게 말했습니다. "그것은 교통과 보행자를 수용할 수 있는 도시의 최상의 윤곽을 생각해 내는 것, 또는 물이 흐르는 강바닥의 모양을 생각해 내는 것을 의미할 수 있습니다."
전통적으로 금속이나 콘크리트와 같은 단단한 재료를 설계하는 것은 잘 확립된 수학적 모델 덕분에 비교적 간단했습니다. 그러나 생물학적 조직, 막, 심지어 모양을 바꾸는 유체를 포함한 부드러운 재료는 다양한 힘에 따라 변형될 수 있는 능력으로 인해 고유한 일련의 과제를 안고 있습니다. 이러한 과제는 인공 심장 판막 및 부드러운 로봇 재료와 같은 응용 분야에서 분명하게 드러납니다.
Atherton은 수학 교수인 James Adler와 물리학 박사후 연구원인 Chaitanya Joshi와 함께 이러한 복잡성을 해결하기 위해 Morpho를 개발했습니다. 연구에 자세히 설명된 소프트웨어 출판 Nature Computational Science 저널에 게재된 이 플랫폼은 광범위한 설계 시나리오에 대응하는 사용자 친화적이고 무료입니다.
"전통적인 모델링 패키지는 강체 구조의 기하학적 최적화에 사용되며, 일반적으로 연성 재료의 형상 최적화 문제를 해결하도록 설계되지 않았습니다." Atherton이 덧붙였습니다. "엔지니어는 일반적으로 연성 재료에 대한 자체 수학적 공식을 내놓아야 하며, 이는 어려울 수 있습니다. Morpho는 누구나 이러한 문제를 편리하게 해결할 수 있도록 돕는 도구 세트를 제공합니다."
연성 소재는 환경과 상호 작용할 때 본질적으로 복잡한 행동을 보입니다. 예를 들어, 멤브레인은 압축, 액체 흐름, 압력 및 진동의 영향을 받아 최종 모양을 예측할 수 없습니다.
이러한 행동을 모델링하기 위해 Morpho는 유한 요소 해석을 사용하여 재료를 더 작고 관리하기 쉬운 모양으로 분해하고 각 모양에 대한 방정식을 풀어 최적의 구성을 예측합니다.
부드러운 소재를 넘어 Morpho의 기능은 포장 문제를 해결하고 하드 및 소프트 구성 요소를 모두 포함하는 이기종 시스템을 모델링하는 데까지 확장됩니다. 이러한 다재다능함은 제약 제조에서 물류 및 생물의학 공학에 이르기까지 광범위한 산업에 귀중한 도구가 됩니다.
"복잡한 문제를 해결하기 위해 프로그램에 대한 많은 훈련이 실제로 필요하지 않습니다." Atherton이 덧붙였습니다. "저는 Morpho를 배우고 몇 주 만에 학부생들이 패키지를 사용하여 연구 수준의 문제를 해결하는 것을 보았습니다. 정말 놀랍습니다."
출처: 터프 츠 대학