La science des réseaux est la façon dont les mathématiciens et les concepteurs de logiciels construisent des réseaux sociaux complexes comme Facebook. Mais un groupe de chercheurs de la Florida State University a découvert que ces équations peuvent en dire beaucoup aux ingénieurs sur la composition de différents matériaux.

En utilisant la science des réseaux, qui fait partie d'un domaine mathématique plus vaste appelé théorie des graphes, le professeur FAMU-FSU de génie mécanique William Oates, L'ancien étudiant diplômé Peter Woerner et le professeur agrégé Kunihiko "Sam" Taira ont cartographié les forces atomiques à longue portée sur un graphique incroyablement complexe pour simuler le comportement macroscopique des matériaux.

Le groupe a ensuite développé et appliqué une méthode qui simplifie grandement le graphique afin que d'autres chercheurs puissent reproduire le processus avec d'autres matériaux.

L'ouvrage est publié dans la revue PLOS UN .

Oates a déclaré que l'utilisation de la théorie des graphes permet aux chercheurs de mieux comprendre comment les molécules qui composent un matériau fonctionnent à un niveau macroscopique.

"Tous les atomes ont des électrons et des noyaux avec des charges positives, ils créent des forces entre les ions, " a déclaré Oates. " Essayer de décrire cela comme une structure mondiale est un défi. Il existe des méthodes pour modéliser des molécules, mais le défi est de savoir comment décrire le comportement macroscopique. Savoir comment les molécules interagissent n'est que la moitié du problème. La science des réseaux fournit un pont unique qui nous permet d'amener la dynamique des molécules dans le monde macroscopique. »

Finalement, les chercheurs veulent comprendre toutes les interactions atomiques dans un matériau donné afin de comprendre comment et pourquoi les matériaux se comportent de certaines manières, dit Oates. Mais quand vous gardez une trace de toutes les interactions atomiques dans un matériau, cela devient un énorme problème à résoudre sur un ordinateur.

Le groupe d'Oates a travaillé pour en faire un problème beaucoup plus petit.

En regardant un graphique qui montre les atomes dans un matériau, Oates a dit de penser aux atomes et aux forces entre eux comme des perles et des ressorts. Les charges atomiques relient ces billes, et ils vibrent de manière compliquée, certaines plus rapidement et d'autres plus lentement.

À des fins d'ingénierie, il n'était pas nécessaire de garder une trace de toutes les forces. Donc, le groupe a appliqué une méthode pour comprendre comment les forces dans le graphique pourraient être reconnectées sans créer d'erreurs.

En utilisant ces connaissances, leur algorithme a supprimé certaines forces atomiques dans le graphe et l'a recâblé afin de conserver des informations importantes tout en facilitant le calcul du comportement macroscopique.

"Vous supprimez les éléments sans importance et conservez les éléments importants pour que les simulations s'exécutent beaucoup plus rapidement, " a déclaré Oates. " C'était vraiment le but - le simplifier afin d'accélérer la recherche sur les matériaux informatiques. "

La recherche d'Oates est financée par le programme EAGER de la National Science Foundation, une injection de financement d'un an qui permet à un membre du corps professoral de poursuivre une idée de recherche à haut risque mais potentiellement transformatrice.

Cette première étude était plus une preuve de concept, il a dit. Il va maintenant voir si cette méthode de théorie des graphes peut dire aux chercheurs comment rendre un matériau plus efficace ou comment il pourrait transporter l'énergie plus rapidement.

« Nous pourrions peut-être utiliser ces modèles de réseau pour faciliter ce processus de conception, " a déclaré Oates.