Прорывное исследование в области физики опубликовано в престижном издании Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects.
В мире материаловедения краевые углы смачивания играют ключевую роль, раскрывая тайны взаимодействия молекул на границе твердой поверхности и жидкости. Благодаря этим знаниям открываются захватывающие возможности: от создания инновационных водоотталкивающих покрытий до разработки материалов с уникальными свойствами. Традиционные методы расчета этих углов всегда требовали сложных вычислений и множества параметров, что существенно усложняло работу исследователей.
Илья Копаничук, ведущий научный сотрудник Центра вычислительной физики МФТИ, с воодушевлением делится достижением: «Наша инновация радикально упростила работу исследователей. Теперь вместо утомительной настройки 8-10 параметров достаточно всего двух! PANDA демонстрирует впечатляющую универсальность, работая с любыми комбинациями жидкостей и твердых поверхностей. Можно забыть о механическом измерении углов – будущее наступило!»
В основе метода лежит изящное математическое решение, описывающее формы поверхности через одномерные профили плотности. Это особенно важно при изучении взаимодействия несмешивающихся жидкостей. Профиль плотности раскрывает, как молекулы распределяются в пространстве, учитывая все возможные конфигурации поверхности раздела.
PANDA использует революционный подход к расчету угла смачивания, основанный на одномерном профиле плотности. Система оперирует тремя ключевыми параметрами: объемной долей несмачивающей жидкости, размером ячейки и величиной контактного угла. При фиксации первых двух параметров, что не составляет труда, точное значение угла определяется путем оптимизации.
Результаты тестирования впечатляют! На синтетических данных погрешность составила менее одного процента, а при работе с молекулярно-динамическими расчетами PANDA превзошла точность традиционных экспериментальных методов.
Главное преимущество PANDA – потрясающая простота использования при сохранении высокой точности. Алгоритм универсален и не требует предварительной настройки под конкретные материалы, что открывает широчайшие перспективы применения.
Текущее ограничение метода связано с необходимостью визуальной классификации формы капли, но решение уже найдено – внедрение нейросети PointNet сделает процесс полностью автоматическим.
Исследователи не останавливаются на достигнутом и работают над адаптацией PANDA для физических экспериментов. Особое внимание уделяется разработке метода оценки краевых углов по интерференционной картине капель жидкости.
PANDA уже успешно применяется в нефтедобывающей отрасли, оптимизируя процессы извлечения углеводородов. Потенциал метода огромен – от разработки инновационных материалов до создания передовых технологий покрытий.
Над проектом работала международная команда талантливых ученых из ведущих научных центров: Центра вычислительной физики МФТИ, ОИВТ РАН, ВШЭ и AIRI.
Источник: naked-science.ru
