Computersysteem ontwerpt stromingsmachines

Een nieuw computerprogramma kan automatisch ontwerpen genereren voor complexe stromingsmachines, zoals een verbrandingsmotor of een hydraulische pomp.

Volgens de bedenkers bij MIT hoeft de gebruiker alleen de locaties en snelheden te specificeren waarmee vloeistof het apparaat binnenkomt en verlaat en genereert de computer vervolgens automatisch een optimaal ontwerp dat deze doelstellingen bereikt.

Er waren al hulpmiddelen ontwikkeld om het handmatige ontwerpproces te vereenvoudigen, maar deze technieken hebben beperkingen. Sommige hebben een ontwerper nodig om de vorm van het apparaat van tevoren te specificeren, terwijl andere gebruik maken van voxels en resulteren in hoekige, ineffectieve ontwerpen.

De nieuwe techniek overwint deze valkuilen. De optimalisatiefuik begint met een leeg, driedimensionaal gebied dat is opgedeeld in een raster van kleine kubussen. Een ding dat het nieuwe systeem scheidt van andere optimalisatiemethoden, is hoe het deze kleine voxels weergeeft of ‘parameteriseert’. De voxels zijn geparametriseerd als anisotrope materialen (materialen die verschillende reacties geven afhankelijk van de richting waarin kracht erop wordt uitgeoefend; hout is bijvoorbeeld veel zwakker voor krachten die loodrecht op de nerf worden uitgeoefend). Ze gebruiken dit anisotrope materiaalmodel om voxels te parametriseren als volledig vast (zoals men zou vinden aan de buitenkant van het apparaat), volledig vloeibaar (de vloeistof in het apparaat) en voxels die bestaan op het grensvlak tussen vaste stof en vloeistof, die eigenschappen hebben van zowel vast als vloeibaar materiaal.

Het systeem kan ook het oppervlak van elke voxel onder een hoek plaatsen en de vorm ervan op zeer precieze manieren veranderen. Voxels kunnen vervolgens worden gevormd tot vloeiende rondingen die ingewikkelde ontwerpen mogelijk maken.

Zodra hun systeem een vorm heeft gevormd, simuleert het hoe vloeistof door dat ontwerp stroomt en vergelijkt het met de door de gebruiker gedefinieerde doelstellingen. Vervolgens past het het ontwerp aan om beter aan de doelstellingen te voldoen, en herhaalt dit patroon totdat het de optimale vorm heeft gevonden. Met dit ontwerp in de hand kan de gebruiker 3D-printtechnologie gebruiken om het apparaat te vervaardigen.