Resultados de campo de fase produzidos usando o módulo de campo de fase MOOSE. Crédito:Permann et al.
Nas décadas recentes, os avanços tecnológicos abriram novas possibilidades de pesquisa em uma variedade de campos, incluindo física. Apesar disso, criar simulações sofisticadas para representar ou resolver problemas multifísicos usando recursos de computação ainda pode ser muito desafiador.
Os problemas multifísicos unem tópicos de diferentes subcampos da física, que são tipicamente baseados em diferentes construtos teóricos e conhecimentos. Portanto, a criação de uma simulação multifísica freqüentemente requer uma variedade de ferramentas de simulação desenvolvidas por pesquisadores que são especialistas em diferentes subcampos da física.
Combinar essas ferramentas pode ser desafiador e demorado. Além disso, as simulações multifísicas resultantes serão inevitavelmente mais sujeitas a erros, pois eles precisarão incorporar elementos criados em plataformas totalmente diferentes.
Ciente desses desafios, pesquisadores do Laboratório Nacional de Idaho e da Universidade do Texas em Austin desenvolveram uma nova plataforma projetada para facilitar a produção de simulações multifísicas, chamado de ambiente multifísico de simulação orientado a objetos (MOOSE). ALCE, apresentado em um artigo pré-publicado no arXiv, fornece uma infraestrutura de plug-in que simplifica muito as definições ou construções físicas, propriedades do material e pós-processamento.
Simulação de crescimento de cristal dendrítico criada usando MOOSE. Crédito:Xia et al.
"O MOOSE surgiu porque queríamos aplicar nossa experiência em arquitetura de software para criar um poderoso mas uma ferramenta fácil de usar para pesquisadores e cientistas computacionais, "Cody J. Permann, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse TechXplore. "Sentimos que havia uma oportunidade de dar o próximo passo lógico, com base no trabalho de muitos outros pesquisadores altamente respeitados responsáveis pelo desenvolvimento de poderosos solucionadores paralelos (PETSc) e uma biblioteca de elementos finitos flexível (libMesh). "
MOOSE é uma arquitetura conectável de alto nível que permite que engenheiros e cientistas aproveitem o poder de grandes supercomputadores ao tentar resolver problemas complexos do mundo real, mesmo que tenham pouco ou nenhum conhecimento de técnicas de programação paralela. Desde o seu lançamento em 2014, tem crescido consistentemente em popularidade, e agora é usado por várias equipes de pesquisa em todo o mundo.
"Embora existam outros pacotes de código aberto com objetivos semelhantes, MOOSE contém vários recursos exclusivos que o tornam uma estrutura atraente para resolver muitos tipos de problemas, "Permann explicou." O MOOSE capacita os desenvolvedores, dando-lhes um aplicativo C ++ real que eles podem personalizar para necessidades individuais. "
Entre outras coisas, a plataforma única desenvolvida por Permann e seus colegas permite que os pesquisadores criem simulações acopladas ao amarrar vários aplicativos físicos. Ele também contém um conjunto de módulos de física criados e mantidos pela comunidade que podem ser usados como blocos de construção para produzir simulações multifísicas altamente complexas.
Simulação de decomposição espinodal 3D criada usando MOOSE. Crédito:Gaston et al.
"MOOSE foi aproveitado para criar uma ampla gama de simulações, desde simulações microscópicas de combustível dentro de um reator nuclear a simulações ambientais em grande escala que estudam os impactos das operações de mineração, "Permann disse.
MOOSE já foi usado por equipes de pesquisa conduzindo estudos que investigam uma variedade de tópicos, incluindo física nuclear, ciência geotérmica, eventos sísmicos, fluxo de fluidos e processos de fabricação. A plataforma pode ser ampliada para produzir simulações de alta fidelidade em grandes supercomputadores, ainda assim, ele também pode ser usado simplesmente por alunos de pós-graduação para criar simulações de qualidade resumindo os resultados do estudo em seus laptops. Como o MOOSE é gratuito e pode ser acessado em uma variedade de computadores, em última análise, permite que pesquisadores com diferentes níveis de especialização e em diferentes instituições produzam resultados com qualidade de publicação em menos tempo e com orçamentos menores.
“Temos várias melhorias planejadas para melhorar a eficiência paralela e reduzir o uso de memória. Estamos desenvolvendo vários novos módulos de física, junto com melhorias para os módulos existentes, "Permann disse." MOOSE é amplamente utilizado por pesquisadores em várias universidades, e encorajamos os pesquisadores a contribuir com recursos gerais de volta para a estrutura para que toda a comunidade de modelagem e simulação se beneficie. "
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