Risolvere le difficoltà nella progettazione nano-abilitata
I materiali e i dispositivi nano-abilitati sono molto promettenti nell’industria ad alta tecnologia, poiché offrono maggiore qualità e funzionalità. Tuttavia, la progettazione nano-abilitata richiede l’impiego dei giusti strumenti numerici, insieme a una migliore comprensione delle transizioni multiscala e del modo migliore per affrontare le simulazioni che coinvolgono multipli modelli fisici (multifisica). Sfortunatamente, uno strumento che possa combinare software, sia locale che in rete, su misura o autorizzato, attualmente non esiste sul mercato. Il progetto MMP (Multiscale Modelling Platform: Smart design of nano-enabled products in green technologies), finanziato dall’UE, è stato creato per colmare questa lacuna mediante lo sviluppo di una piattaforma di modellazione, equipaggiata specificamente per soddisfare problemi di ingegneria multiscala e multifisica. Per consentire l’integrazione dell’esistente software di modellazione e di raccolte di dati, la piattaforma è stata progettata per essere generica e modulare, supportata dalla standardizzazione dei dati e da interfacce delle applicazioni chiaramente definite. La ricerca dell’interoperabilità Spesso le conoscenze scientifiche ottenute in settori particolari sono contenute all’interno di strumenti di simulazione o banche dati specializzati. I singoli settori scientifici stanno attualmente assistendo a degli sforzi per consolidare queste conoscenze tra le loro diverse fonti, facilitando così la progettazione e la fabbricazione di nuovi materiali e prodotti. Una minore attenzione è tuttavia concentrata sulla combinazione di conoscenze in vari settori scientifici. Per sua stessa natura la nanoingegneria è multidisciplinare, con varie risorse per la modellazione e la simulazione distribuite tra entità quali aziende e istituti di ricerca. Per consentire collaborazione e innovazione, MMP intende fornire un’infrastruttura che permette a questi strumenti di simulazione e a queste banche dati indipendenti di essere interoperabili. In altre parole, permettere ai modelli di comunicare tra loro. Come spiega Sjoukje Wiegersma, la coordinatrice del progetto, “Questo faciliterà lo sviluppo di modelli multifisici complessi e il loro funzionamento in modo del tutto automatico, consentendo vicendevoli scambi di dati, comunicazione e realizzazione.” La risultante piattaforma MuPIF funziona mediante interfacce astratte sviluppate dal team. A queste si possono collegare degli strumenti di simulazione e componenti di dati usati dagli strumenti esistenti e dalle librerie. Questo approccio all’interfaccia permette dei flussi di lavoro che sono estendibili e modulari, indipendenti da uno strumento particolare o da un formato dei dati. Il progetto ha dimostrato l’efficacia della piattaforma prendendo gli esempi di un semplice accoppiamento termo-meccanico multifisico e di un semplice calcolo multiscala con omogeneizzazione, in parte visto che questi esempi possono essere arbitrariamente estesi per altre modellazioni. La versatilità e la potenza della piattaforma sono state ulteriormente valutate mediante due casi di studio riguardanti le prestazioni della conversione della luce del fosforo nei LED e dell’efficienza della lavorazione a film sottile CIGS per dispositivi fotovoltaici. Una piattaforma sulla quale costruire il futuro Lo sviluppo di un sistema interoperativo non è stato un compito facile, come ricorda la signora Wiegersma, “La principale sfida scientifica per costruire questa piattaforma è rappresentata dalla corretta definizione di transizioni di scala e dell’associato scambio di informazioni tra le scale pertinenti.” Tuttavia, lei prosegue e afferma che, “I benefici sono rappresentati dalla notevole riduzione della codifica manuale, una interoperabilità basata su schemi standardizzati e la potenziale disponibilità di molti strumenti.” In sostanza, la piattaforma offre ai produttori la possibilità di ridurre i costi di sviluppo, di abbreviare il tempo necessario per giungere sul mercato e di migliorare la resa della produzione. MuPIF è stata distribuita come software open source supportato da una documentazione online. Questo consentirà ai futuri utenti, come ad esempio le PMI, non solo di trarre beneficio dal progetto e dalla progettazione di nuovi prodotti, ma anche di contribuirvi.
Parole chiave
MMP, modellazione multiscala, multifisica, interoperabilità, nanoprogettazione, nanotecnologia, strumenti di simulazione, piattaforma di modellazione
