Modelització intel·ligent multifàsica en microsistemes IM³

El grup IM³ avança en la recerca en la modelització de flux multifàsic, amb un enfocament particular en microsistemes. Combina simulacions numèriques amb experiments i IA per abordar reptes del món real.

El grup de Modelització Multifàsica Intel·ligent en Microsistemes (IM³ ) , dirigit pel Dr. Pavel Ryzhakov, es dedica a avançar en la investigació en la modelització de flux multifàsic, amb un enfocament particular en els microsistemes. El grup desenvolupa i millora models computacionals d’avantguarda adaptats per abordar els reptes únics dels entorns microfluídics, cobrint la bretxa entre la investigació fonamental i les solucions pràctiques d’enginyeria. L’enfocament integrat d’IM³ combina la modelització numèrica d’avantguarda, els estudis experimentals i la intel·ligència artificial, reflectint la complexitat dels sistemes del món real i permetent una comprensió més profunda dels fenòmens físics subjacents.

La dinàmica de les gotes és fonamental per al treball del grup, amb el desenvolupament de models computacionals innovadors i simulacions de gotes lliures, generació de gotes, comportament d’humectació i interaccions entre múltiples gotes. També es dedica un esforç substancial al desenvolupament de tècniques per simular la propagació de fluxos multifàsics en medis complexos i/o porosos. La intel·ligència artificial millora les nostres activitats, establint les bases per a bessons digitals i sistemes de control intel·ligents per a dispositius microfluídics. Els projectes d’IM^3 abasten la fabricació digital, la impressió d’injecció de tinta, la purificació d’aigua, la seguretat contra incendis i la gestió de l’aigua en piles de combustible, oferint solucions innovadores i sostenibles.

A IM³, desenvolupem eines computacionals i experimentals avançades per modelar, analitzar i optimitzar sistemes microfluídics multifàsics. El nostre treball combina simulacions basades en la física, mètodes basats en dades i experiments a escala de laboratori per abordar els reptes en aplicacions energètiques, de fabricació i biomèdiques.

Àrees de recerca

Modelització de flux multifase

Desenvolupem models CFD innovadors d’alta fidelitat per a fluxos microfluídics complexos que impliquen múltiples fases i materials. La nostra recerca inclou:

- Mètodes d’elements finits enriquits per a problemes multimaterials i multifase
- Tècniques de captura d’interfícies (conjunt de nivells conservatius, NURBS)
- Models de física acoblada (dinàmica de fluids, electrodinàmica, termodinàmica)
- Dinàmica de mullament i modelització de línies de contacte
- Mètodes basats en partícules lagrangianes (PFEM, SPH)

Resultats : Modelització de l’evacuació d’aigua en canals de flux de piles de combustible. Simulació del transport multifase en medis porosos com ara capes de difusió de gasos. Estudi de la dinàmica de gotes per a aplicacions en tecnologies d’injecció de tinta i de gota a la carta.

Aplicacions : Gestió d’aigua en piles de combustible, transport de medis porosos, injecció de tinta, intercanviadors de calor i calderes, fluxos en aorta i vasos sanguinis, bioimpressió.

Simulació multifàsica impulsada per IA

Aprofitem la intel·ligència artificial i les eines basades en dades per accelerar la simulació i el control de la dinàmica de gotes i bombolles:

- Anàlisi basada en imatges i aprenentatge automàtic
- Modelització de substituts i simulació multifidelitat
- Xarxes neuronals informades per la física (PINN)
- Reducció de la dimensionalitat i aprenentatge de varietats

Resultats : Optimització i control de dispositius d’impressió per a la fabricació digital, amb aplicacions com la bioimpressió, el control de dosis farmacèutiques i els sistemes de laboratori en un xip. Anàlisi del comportament de les bombolles en els processos d’electròlisi i hidròlisi.

Aplicacions : Fabricació digital, control de microgotes, comportament de bombolles en hidròlisi, calderes i intercanviadors de calor.

Experiments de microfluídica

Els experiments realitzats al nostre laboratori intern proporcionen informació de primera mà sobre processos microfluídics complexos.

- Experiments de generació de gotes i raigs d’injecció
- Experiments d’electroaspersió (EHDA) i electrofiladura
- Eines sofisticades per al processament d’imatges i l’anàlisi de dades

Resultats : Grans bases de dades disponibles obertament per a l’entrenament i la validació de models. Creació del nucli per al desenvolupament de bessons digitals. Determinació de règims de fabricació òptims.