A ciência da rede é como matemáticos e designers de software constroem redes sociais complicadas como o Facebook. Mas um grupo de pesquisadores da Florida State University descobriu que essas equações podem dizer muito aos engenheiros sobre a composição de diferentes materiais.

Usando a ciência da rede - parte de um campo matemático mais amplo chamado teoria dos gráficos - FAMU-FSU Professor de Engenharia Mecânica William Oates, o ex-aluno de graduação Peter Woerner e o professor associado Kunihiko "Sam" Taira mapearam as forças atômicas de longo alcance em um gráfico incrivelmente complexo para simular o comportamento macroscópico do material.

O grupo então desenvolveu e aplicou um método que simplifica muito o gráfico para que outros pesquisadores possam replicar o processo com outros materiais.

O trabalho está publicado na revista PLOS ONE .

Oates disse que o uso da teoria dos grafos permite que os pesquisadores entendam melhor como as moléculas que compõem um material funcionam em um nível macroscópico.

"Todos os átomos têm elétrons e núcleos com cargas positivas, eles criam forças entre os íons, "Oates disse." Tentar descrever isso como uma estrutura global é um desafio. Existem métodos para modelar moléculas, mas o desafio é como descrever o comportamento macroscópico. Saber como as moléculas interagem é apenas metade do problema. A ciência da rede fornece uma ponte única que nos permite levar a dinâmica das moléculas para o mundo macroscópico. "

Em última análise, os pesquisadores querem entender todas as interações atômicas em um determinado material para que possam entender como e por que os materiais se comportam de certas maneiras, Oates disse. Mas quando você acompanha todas as interações atômicas em um material, torna-se um grande problema para resolver em um computador.

O grupo de Oates trabalhou para torná-lo um problema muito menor.

Ao olhar para um gráfico que mostra os átomos em um material, Oates disse para pensar nos átomos e nas forças entre eles como contas e molas. As cargas atômicas conectam essas contas, e vibram de maneiras complicadas - algumas mais rápidas e outras mais lentas.

Para fins de engenharia, não era necessário controlar todas as forças. Então, o grupo aplicou um método para descobrir como as forças no gráfico poderiam ser reconectadas sem criar erros.

Usando esse conhecimento, seu algoritmo excluiu certas forças atômicas dentro do gráfico e reconectou-o para que mantivessem informações importantes, tornando mais fácil computar o comportamento macroscópico.

"Você corta as coisas sem importância e mantém as partes importantes para fazer as simulações rodarem substancialmente mais rápido, "Oates disse." Esse era realmente o objetivo - simplificá-lo para acelerar a pesquisa de materiais computacionais. "

A pesquisa de Oates é financiada pelo programa EAGER da National Science Foundation, uma injeção de fundos de um ano que permite a um membro do corpo docente buscar uma ideia de pesquisa de alto risco, mas potencialmente transformadora.

Este primeiro estudo foi mais uma prova de conceito, ele disse. Ele agora vai ver se esse método teórico dos gráficos pode dizer aos pesquisadores como tornar um material mais eficiente ou como ele pode transportar energia mais rápido.

"Podemos ser capazes de usar esses modelos de rede para ajudar a facilitar o processo de design, "Oates disse.