Как все складывается: технология моделирования, разработанная для Голливуда для прогнозирования понимания фундаментальных инженерных проблем

Как все складывается: технология моделирования, разработанная для Голливуда для прогнозирования понимания фундаментальных инженерных проблем

Команда под руководством Эйтана Гринспуна, адъюнкт-профессора информатики в Columbia Engineering, и Педро Рейса, адъюнкт-профессора машиностроения, гражданского строительства и охраны окружающей среды в Массачусетском технологическом институте, совместно работает над проектом, который при изучении этих проблем сводит мосты между инженерной механикой ( Рейса) и компьютерной графики (группа Гринспуна). Исследователи объединили эксперименты с прецизионными моделями с компьютерным моделированием и изучили механику намотки, в частности, обнаружив, что естественная кривизна стержня сильно влияет на процесс наматывания.

Их исследование опубликовано 29 сентября в раннем онлайн-издании Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
«Это было веселое и плодотворное сотрудничество», — говорит Гринспун. «Мы сделали что-то совершенно новое и необычное: мы взяли компьютерный алгоритм, который мы разработали для Голливуда, и, объединившись с группой Рейса, обнаружили, что этот же алгоритм служит средством прогнозирования для инженерной механики тонких нитей, стержней и трубы. Приятно думать, что эта компьютерная модель может служить как творческим, так и инженерным предприятиям."

Технология моделирования компании Grinspun, Discrete Elastic Rods, изначально была разработана для анимации волос и меха в графических и кинематографических приложениях, лицензирована и используется в Photoshop для создания реалистичных кистей, а также компанией Weta Digital для использования в таких фильмах, как «Хоббит» и «Планета обезьян». Рейс, механик-экспериментатор в Массачусетском технологическом институте, изучал, как изгиб тонких эластичных структур можно перевернуть с ног на голову: инженеры обычно опасаются изгиба как потенциального отказа конструкции, но что, если бы его можно было использовать в качестве функционального компонента? дизайна?

Два исследователя решили изучить, как используются кабели, как в наномасштабе, в растягиваемой электронике, так и в макроуровне, например, при прокладке кабелей интернет-связи на дне океана.
«Это был замечательный пример объединения двух, казалось бы, не связанных между собой областей, чтобы решить практическую проблему внедрения мощных и новых вычислительных инструментов, которые ранее не были доступны в нашем инженерном сообществе», — отмечает Рейс.
Сотрудничество между Гринспаном и Рейсом началось, когда Рейс пригласил Гринспана посетить его лабораторию в Массачусетском технологическом институте. «Мы задавались вопросом, можно ли объединить наши, казалось бы, далекие миры единым видением», — говорит Гринспун. "Мы оба хотели понять, как движутся физические объекты, глядя на то, как их геометрия или форма влияет на их движение. Кабели, будучи длинными и тонкими, были идеальными кандидатами для учебы.

Но может ли технология, которую мы создали в Columbia Engineering для визуально ярких фильмов и спецэффектов, быть достаточно точной, чтобы соответствовать точным и достоверным экспериментальным данным Рейса??"
При поддержке Национального научного фонда Рейс и Гринспун наняли докторантов Халида Джаведа (Массачусетский технологический институт) и Фанг Да (Columbia Engineering) для подробного изучения развертывания кабелей.

В своей статье PNAS исследователи описывают, как кажущиеся безобидными решения, такие как диаметр катушки или скорость развертывания кабеля, могут существенно повлиять на то, как кабель лежит на земле. Они создали карту различных шаблонов, которые могут возникнуть, от режима покачивания меандрирования до устойчивого наматывания и до чередующихся петель, поскольку диаметр катушки или скорость развертывания меняются. Исследователи также определили факторы, которые относительно мало влияют на развертывание, в том числе высота, с которой падает кабель.
«Эти открытия имеют практическое влияние на нашу повседневную жизнь», — добавляет Рейс. "Возьмем, к примеру, электронное письмо, которое передается по трансокеанскому коммуникационному кабелю.

Лучше понимая переменные, которые влияют на развертывание таких кабелей, мы можем лучше сбалансировать такие факторы, как расходы (длина развернутого кабеля, количество времени на развертывание кабеля), качество сигнала (спутанные кабели могут быть более подвержены помехам. ) и устойчивости соединения (натянутые кабели более подвержены повреждениям из-за внешних факторов, таких как сейсмическая активность."
«Перенос компьютерных инструментов с компьютеров и проверка их на соответствие экспериментам с прецизионными моделями предоставила инженерам-механикам новый инструмент для разработки и анализа других стержневидных структур, которые являются обычными в природе и технологии», — продолжает Рейс.
«По мере того, как мы переходим к следующему этапу, мы хотели бы заняться инженерными проблемами, которые сочетают механику тонких нитей с дополнительными ингредиентами, такими как сопротивление, контакт и трение», — добавляет Гринспун. "Мы наблюдаем, например, передвижение бактерий, завязывание шнурков и развеваемые ветром волосы."

Эта работа финансируется совместным грантом Национального научного фонда MoM-IDR в рамках CMMI (1129894).

7 комментариев к “Как все складывается: технология моделирования, разработанная для Голливуда для прогнозирования понимания фундаментальных инженерных проблем”

  1. Что пожелать… Повседневная жизнь – как вождение велика. Дабы сохранить соотношение, ты лично должен ехать

  2. Злата Родионова

    Разумеется, на текущий момент понятно … А то я сразу не сильно то и не сориентировался где здесь связность с самим тайтлом …

  3. Таисия Боброва

    Спасибочко. Потрясающяя задача, слагайте чаше – у вас великолепно получается

  4. Hailey Daniel

    Истинно нормальное! А то как много не лазишь по вебу тотальное бла бла бла. Но отнюдь не здесь, и подобное лелеет!

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *