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    Los investigadores desarrollan un modelo informático del movimiento de los ferrofluidos

    Simulación de ferrofluido trepando literalmente por una hélice de acero magnetizada. Crédito:2019 KAUST

    Ferrofluidos, con su exhibición hipnótica de picos que cambian de forma, son una de las exhibiciones favoritas en las exposiciones científicas. Estos llamativos ejemplos de campos magnéticos en acción podrían volverse aún más dramáticos a través del trabajo computacional que captura su movimiento.

    Un equipo de investigación de KAUST ha desarrollado un modelo informático de movimiento de ferrofluidos que podría usarse para diseñar pantallas de ferrofluidos aún más grandiosas. El trabajo es un trampolín para el uso de la simulación para informar el uso de ferrofluidos en una amplia gama de aplicaciones prácticas, como la medicina, acústica, materiales absorbentes de radar y nanoelectrónica.

    Los ferrofluidos fueron desarrollados por la NASA en la década de 1960 como una forma de bombear combustibles en baja gravedad. Comprenden partículas magnéticas a nanoescala de compuestos cargados de hierro suspendidos en un líquido. En ausencia de un campo magnético, los ferrofluidos poseen una superficie perfectamente lisa. Pero cuando se acerca un imán al ferrofluido, las partículas se alinean rápidamente con el campo magnético, formando la característica apariencia puntiaguda. Si se coloca un objeto magnético en el ferrofluido, los picos incluso treparán por el objeto antes de volver a caer en cascada.

    Debido a que el comportamiento de los ferrofluidos puede ser contrario a la intuición, la simulación es la forma ideal de comprender su movimiento complejo. (Vea la simulación aquí). Hasta ahora, sin embargo, los modelos han tenido varias limitaciones, dice Libo Huang, un doctorado estudiante en el Grupo de Ciencias Computacionales de Dominik Michels dentro del Centro de Computación Visual de KAUST.

    El primer desafío fue eliminar las singularidades en el campo magnético de los modelos existentes, Dice Huang. Los modelos anteriores generalmente manejaban la simulación de campo magnético utilizando imanes que son infinitamente pequeños. Cuanto más se acerquen dos imanes, cuanto más fuerte es la atracción magnética, por lo tanto, si un imán es infinitamente pequeño, la fuerza del campo magnético puede llegar a ser infinitamente grande. "El centro de un imán infinitamente pequeño se llama singularidad, ", Dice Huang. No solo es difícil medir el campo magnético en el centro del imán, pero si dos singularidades se acercan, las fuerzas se vuelven tan grandes que la simulación puede fallar. "Derivamos fórmulas para eliminar las singularidades y crear esquemas numéricos mucho más robustos, "Dice Huang.

    El equipo también encontró formas de aumentar la eficiencia computacional al reducir la complejidad algorítmica, permitiendo ejecutar simulaciones más grandes. Cuando el equipo comparó su modelo con experimentos de laboratorio húmedo, reproducía el verdadero comportamiento dinámico del ferrofluido, dando una buena representación cualitativa que será útil para el diseño de esculturas de ferrofluidos. "Esto abre la puerta a más análisis cuantitativos, ", Dice Huang. Aumentar aún más la precisión del modelo proporcionaría nuevos conocimientos sobre el comportamiento fundamental de los ferrofluidos y daría lugar a muchos usos nuevos, desde sensores e interruptores electrónicos hasta espejos deformables para telescopios avanzados.

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