Se acabó el trabajo arduo en cosas pequeñas para el diseño con elementos nanométricos
Los materiales y dispositivos que integran elementos nanométricos ofrecen muchas posibilidades para la industria de alta tecnología, ya que ofrecen mayor calidad y funcionalidad. Sin embargo, el diseño con elementos nanométricos exige utilizar las herramientas numéricas adecuadas, además de comprender las transiciones multiescala y cómo tratar las simulaciones en las que intervienen más de un modelo físico (multifísica). Desafortunadamente, en la actualidad no existe en el mercado ninguna herramienta que pueda combinar software, ya sea local o en red, a medida o con licencia. El proyecto MMP (Multiscale Modelling Platform: Smart design of nano-enabled products in green technologies), financiado por la Unión Europea, tenía como finalidad abordar esta carencia mediante el desarrollo de una plataforma de modelización equipada específicamente para trabajar con problemas de ingeniería multiescala y multifísica. Para permitir la integración de software de modelización y repositorios de datos existentes, la plataforma se diseñó para ser genérica y modular, sobre la base de datos estandarizados y con interfaces de aplicación definidas claramente. En busca de la interoperatividad A menudo, el conocimiento científico que se obtiene en ciertos campos queda almacenado en forma de herramientas de simulación o bases de datos especializadas. Actualmente se está trabajando en distintos campos científicos específicos para consolidar estos conocimientos de distintas fuentes, lo cual debería facilitar el diseño y la obtención de nuevos materiales y productos. Sin embargo, se trabaja menos en la combinación de los conocimientos de distintos campos científicos. Por su propia naturaleza, la nanoingeniería es multidisciplinaria y utiliza distintos recursos de simulación y modelización que se encuentran distribuidos entre distintas entidades, como empresas e instituciones de investigación. Para permitir la colaboración y la innovación, MMP pretendía aportar infraestructuras que permitieran la interoperatividad entre estas herramientas de simulación y bases de datos independientes. En otras palabras, pretendía permitir la comunicación de los distintos modelos entre sí. Tal como explica la coordinadora del proyecto, la Sra. Sjoukje Wiegersma: «Esto facilitará el desarrollo de modelos multifísica complejos y su ejecución totalmente automatizada, de modo que sea posible el intercambio de datos, la comunicación y la aplicación de forma mutua». La plataforma MuPIF resultante funciona mediante interfaces abstractas desarrolladas por el equipo que se pueden conectar con las herramientas de simulación y los componentes de datos que utilizan las herramientas y las bibliotecas existentes. Este enfoque de interfaz permite flujos de trabajo ampliables y modulares, independientes de una herramienta o un formato de datos en particular. El proyecto demostró la eficacia de la plataforma mediante los ejemplos de un acoplamiento termomecánico multifísico sencillo y un cálculo a multiescala con homogeneización, en parte porque estos ejemplos se pueden ampliar arbitrariamente para otros modelos. También se evaluó la versatilidad y la potencia de la plataforma a través de dos estudios de casos sobre el rendimiento de la conversión del fósforo mediante luz en los LED y la eficiencia del procesamiento de láminas delgadas de CIGS para dispositivos fotovoltaicos. Una plataforma para desarrollos futuros El desarrollo de un sistema interoperativo no fue una tarea fácil; tal como recuerda la Sra. Wiegersma, «el principal reto científico para construir esta plataforma estriba en contar con una definición adecuada de las transiciones de escala y el intercambio de información asociada entre las escalas relevantes». Sin embargo, también explica que «las ventajas consisten en una reducción importante de la codificación manual, una interoperatividad basada en esquemas estandarizados y la disponibilidad potencial de numerosas herramientas». En definitiva, la plataforma puede reducir los costes de desarrollo y el tiempo de comercialización y aumentar el rendimiento de la producción para los fabricantes. MuPIF se ha distribuido como software de código abierto y cuenta con documentación en línea. Esto permitirá a futuros usuarios, como pymes, aprovechar los resultados y también contribuir al proyecto y a nuevos diseños de productos.
Palabras clave
MMP, modelización multiescala, multifísica, interoperatividad, nanodiseño, nanotecnología, herramientas de simulación, plataforma de modelización