Notícia

Sistema computacional agiliza o projeto de dispositivos fluídicos

Yifei Li, MIT CSAIL

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

sábado, 10 dezembro 2022 14:40

Áreas

Bioengenharia. Bioinformática. Biomecânica. Computação. Engenharia Biomédica. Impressão 3D. Modelagem Matemática.

Como, em geral, os dispositivos fluídicos são complexos, eles geralmente são desenvolvidos por engenheiros experientes que projetam, desenvolvem protótipos e testam manualmente cada aparelho por meio de um processo iterativo que é caro, demorado e trabalhoso. Mas com um novo sistema, o usuário só precisa especificar os locais e as velocidades nas quais o fluido entra e sai do dispositivo – o pipeline computacional gera automaticamente um projeto ideal que atinge esses objetivos.

O sistema pode tornar mais rápido e barato projetar dispositivos fluídicos para todos os tipos de aplicações, como laboratórios microfluídicos em um chip que podem diagnosticar doenças a partir de algumas gotas de sangue ou corações artificiais que podem salvar a vida de pacientes transplantados.

Recentemente, ferramentas computacionais foram desenvolvidas para simplificar o processo de projeto manual, mas essas técnicas tiveram limitações. Algumas exigiam que um designer especificasse a forma do dispositivo com antecedência, enquanto outras representavam formas usando cubos 3D, conhecidos como voxels, que podem resultar em designs ineficazes.

A técnica computacional desenvolvida por pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, e colegas pesquisadores supera esses desafios. A estrutura de otimização de projeto não exige que o usuário faça suposições sobre a aparência de um dispositivo. E a forma do dispositivo evolui automaticamente durante a otimização com limites suaves, em vez de limites inexatos. Isso permite que o sistema crie formas mais complexas do que outros métodos.

“Agora você pode executar todas essas etapas perfeitamente em um pipeline computacional. E com nosso sistema, você pode criar dispositivos melhores porque pode explorar novos projetos que nunca foram investigados usando métodos manuais. Talvez existam algumas formas que ainda não foram exploradas por especialistas ”, disse Yifei Li, doutoranda em Engenharia Elétrica e Ciência da Computação do MIT e principal autora do artigo científico que detalha esse sistema, publicado na revista científica ACM Transactions on Graphics.

Demonstrando projetos

Depois que os pesquisadores criaram o pipeline de design, eles realizaram testes em relação a métodos avançados conhecidos como estruturas de otimização paramétrica. Essas estruturas exigem que os projetistas especifiquem com antecedência como acham que a forma do dispositivo deve ser.

“Depois de fazer essa suposição, tudo o que você obterá são variações da forma dentro de uma família de formas. Mas nossa estrutura não precisa que você faça suposições como essa, porque temos graus de liberdade de design tão altos, representando esse domínio com muitos voxels minúsculos, e cada um dos quais pode variar sua forma”, explicou Yifei Li.

Em cada teste, a estrutura superou as linhas de base criando formas suaves com estruturas intrincadas que provavelmente seriam muito complexas para um especialista especificar com antecedência. Por exemplo, ele criou automaticamente um difusor fluídico em forma de árvore que transporta o líquido de uma grande entrada para 16 saídas menores enquanto contorna um obstáculo no meio do dispositivo.

A tubulação também gerou um dispositivo em forma de hélice para criar um fluxo de líquido ‘torcido’. Para alcançar essa forma complexa, o sistema otimizou automaticamente quase 4 milhões de variáveis.

Embora tenha ficado impressionada com a variedade de formas que o sistema pode gerar automaticamente, Yifei Li planeja aprimorar o sistema utilizando um modelo de simulação de fluido mais complexo. Isso permitiria que o pipeline fosse usado em aplicações mais complexas ainda.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (em inglês).

Fonte: Adam Zewe, MIT News Office. Imagem: sistema computacional pode gerar automaticamente designs suaves para dispositivos fluidos complexos. Na imagem, a tubulação usa blocos 3D que podem variar sua forma para produzir um difusor fluídico que canaliza o líquido de uma grande abertura para 16 aberturas menores. Fonte: Yifei Li, MIT CSAIL.

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