Jak superpočítače a numerické modelování zrychlují vývoj nových materiálů

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F61989100%3A27740%2F25%3A10260154" target="_blank" >RIV/61989100:27740/25:10260154 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

<a href="https://www.eurocc-czechia.cz/jak-superpocitace-a-numericke-modelovani-zrychluji-vyvoj-novych-materialu-2/" target="_blank" >https://www.eurocc-czechia.cz/jak-superpocitace-a-numericke-modelovani-zrychluji-vyvoj-novych-materialu-2/</a>

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Jak superpočítače a numerické modelování zrychlují vývoj nových materiálů

Popis výsledku v původním jazyce

Příspěvek „Jak superpočítače a numerické modelování zrychlují vývoj nových materiálů“ představuje konkrétní případ úspěšné spolupráce mezi experimentální vědou a výpočetními technologiemi za podpory Národního centra kompetence pro vysoce výkonné počítání (NCK pro HPC), fungujícího v rámci projektu EuroCC Czechia. Autorka, výzkumnice z Ústavu fyziky plazmatu AV ČR, se zabývá vývojem pokročilých materiálů metodou sinteringu, nicméně narazila na limit tradičních experimentálních metod, které poskytují pouze omezená data — například teplotu na povrchu sinterovaných peletek — a neumožňují nahlédnout do dějů probíhajících uvnitř materiálu. Bez těchto klíčových informací je analýza fyzikálních procesů a optimalizace materiálu značně komplikovaná.Pro překonání těchto limitů se výzkumnice spojila s experty z NCK pro HPC a IT4Innovations národního superpočítačového centra, kteří jí pomohli zavést pokročilé metody digitální analýzy obrazu a následně navrhli fyzikálně založený numerický model pro simulaci tepelných procesů uvnitř materiálu. Pomocí superpočítače byly provedeny výpočetně náročné simulace šíření tepla během ohřevu sinterovaných peletek. Výsledky simulací zachycují detailní rozložení teplotních gradientů, které jsou experimentálně těžko měřitelné, a přinášejí hlubší pochopení vnitřních procesů; tento přístup je analogií k náhledu, jak se teplo šíří ze povrchu do středu peletky podobně jako při grilování masa.Takto získané informace významně zpřesnily a zefektivnily vývoj materiálů, odhalily skryté jevy, které by jinak zůstaly nepovšimnuty, a poskytly vědkyni nástroje pro rychlejší a ekonomičtější optimalizaci jejích materiálových systémů. Výsledkem této spolupráce je prokázání, jak synergicky může propojit experimentální výzkum s moderním výpočetním modelováním, a to i bez předchozích zkušeností s HPC metodami. Tento příklad zdůrazňuje potenciál superpočítačů a numerického modelování jako klíčových technologií, které mohou překlenout propast mezi tradičními laboratorními experimenty a komplexními teoretickými modely a tím výrazně urychlit vývoj inovativních materiálů s konkurenční výhodou v praxi.

Název v anglickém jazyce

How supercomputers and numerical modelling accelerate the novel materials design

Popis výsledku anglicky

The article “How Supercomputers and Numerical Modeling Accelerate the Development of New Materials” presents a concrete example of successful collaboration between experimental research and advanced computational technologies supported by the National Competence Centre for High-Performance Computing (NCK for HPC) within the EuroCC Czechia project. The researcher from the Institute of Plasma Physics of the Czech Academy of Sciences focuses on the development of advanced materials using sintering methods. However, traditional experimental approaches provide only limited data—such as surface temperature measurements of sintered pellets—and do not allow insight into processes occurring inside the material. Without this key information, analyzing physical phenomena and optimizing material properties becomes significantly more challenging.To overcome these limitations, the researcher collaborated with experts from NCK for HPC and the IT4Innovations National Supercomputing Center, who helped implement advanced digital image analysis methods and subsequently develop a physics-based numerical model to simulate thermal processes within the material. Using a supercomputer, computationally demanding simulations of heat propagation during pellet heating were performed. The results provided detailed temperature gradient distributions that are difficult to measure experimentally and enabled a deeper understanding of internal processes—analogous to observing how heat spreads from the surface to the center of a piece of meat during grilling.The acquired insights significantly improved and accelerated material development, revealed hidden phenomena that would otherwise remain undetected, and provided effective tools for faster and more cost-efficient optimization of material systems. This collaboration demonstrates how integrating experimental research with modern computational modeling— even without prior HPC experience—can bridge the gap between laboratory experiments and complex theoretical models, thereby substantially accelerating the development of innovative materials with practical impact.

Druh

O - Ostatní výsledky

CEP obor

—

OECD FORD obor

10200 - Computer and information sciences

Projekt

—

Návaznosti

V - Vyzkumna aktivita podporovana z jinych verejnych zdroju

Rok uplatnění

2025

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů