Computer Aided Design

I significativi progressi della tecnologia dei computer hanno condotto a efficienti strumenti di analisi ingegneristica. Adesso con questi strumenti si possono risolvere anche problemi insoliti.

In questo modo, anche gli elementi più piccoli possono essere modellati in modo molto dettagliato. L'approccio è completamente nuovo: si lascia alle spalle il mondo dei piatti disegni in 2D o dei modelli CAD in 3D. In primo luogo, le simulazioni vengono impiegate per testare i progetti al fine di comprendere meglio la reazione e il comportamento dei materiali, che sono invisibili all'occhio umano. Lo scopo di queste simulazioni è un'esperienza completa della realtà virtuale, che può essere acquisita e utilizzata concretamente dall'utente. Così, si può comprendere meglio l'evoluzione interna del materiale.

Un vantaggio significativo del loro impiego in medicina è rappresentato dal fatto che il mondo nascosto del corpo umano diventa tangibile.

La tecnologia può ingrandire notevolmente e rendere interattivo ciò che risulta piccolo e nascosto a favore di chirurghi, medici e aziende farmaceutiche. Lo sviluppo del corpo umano e il ristabilimento dei suoi sistemi principali è di grande utilità e beneficio per l'istruzione e la formazione medica. Si potranno presto creare modelli realistici e simulazioni dei principali organi del corpo. I modelli verranno utilizzati per la formazione dei chirurghi e lo sviluppo di nuove procedure chirurgiche. Quello che finora si è già rivelato di enorme successo è il "Living Heart Project" degli sviluppatori della Dassault Systèmes, che ha ideato il marchio Simulia per la sua tecnologia di software ingegneristici.

Ogni studente di medicina conosce le difficoltà di apprendimento della complessità dell'anatomia umana. Il nuovo mondo della simulazione vitale e dinamica nonché i modelli di sviluppo in spazi 3D "olografici" e interattivi consente di osservare un cuore che batte da diverse angolazioni e di sezionarne le parti. In questo modo è possibile ad esempio valutare l'efficacia dei farmaci. Il cuore umano rappresenta un buon punto di partenza perché si tratta letteralmente di una pompa meccanica che possiede molte parti in movimento complesse e una dinamica di flusso del fluido estremamente complicata. In quest'ottica, è in realtà una macchina che deve essere smontata durante il suo funzionamento per comprenderne i meccanismi interni.

Naturalmente, questa area di applicazione ha i propri vantaggi medici, tra cui quelli mirati alla somministrazione dei farmaci, ma esistono anche molti altri usi potenziali. Questo tipo di simulazione e visualizzazione è molto simile alle simulazioni di materiali. È stata sviluppata per simulare e visualizzare processi atomici. Le simulazioni vengono impiegate nello sviluppo medico e farmaceutico per simulare a livello molecolare la somministrazione mirata a cellule specifiche di farmaci e terapie. Tale simulazione è preziosa, in quanto consente di ottimizzare lo sviluppo dei farmaci in modo specificamente orientato ai sistemi di drug delivery. Così il farmaco può essere diretto con precisione nella posizione cellulare in cui è più efficace. Questi sistemi di somministrazione mirata sono in grado di ridurre gli effetti collaterali di farmaci specifici abbassando la dose richiesta e aprono le strade a terapie farmacologiche completamente nuove. I metodi matematici e computazionali per modellare le interazioni molecolari erano già esistenti. Tuttavia, adesso la maggior parte di questi calcoli, che sono necessari a tal fine, possono essere facilmente manipolati e utilizzati per creare modelli di simulazione dettagliati.

Nei materiali con nanorivestimento, in cui i rivestimenti e le strutture della griglia devono essere rigorosamente controllati, si possono simulare e visualizzare le singole deformità e i processi di diffusione. Questo avviene già prima del processo di nanorivestimento effettivo. Tutti gli aspetti dello sviluppo delle interazioni molecolari del materiale possono essere simulati e fissati in macroscala al fine di approfondire la conoscenza dei processi reali.

Anche altre aree tecniche di sviluppo traggono grande vantaggio dal nuovo campo di simulazioni interattive e dinamiche. Per ottimizzare ogni aspetto dei sistemi di prevenzione degli incidenti dei veicoli si impiegano simulazioni di incidenti dinamiche e molto dettagliate. Queste simulazioni vengono effettuate in particolare nell'ambito da ottimizzare con unità modulari a livello di assiemi. Così, si possono effettuare ripetutamente varie analisi per ottimizzare ogni sezione dell'intero assieme. Il risultato finale sarà rappresentato da un componente completamente ottimizzato. Vengono create animazioni dettagliate per dimostrare la piena correlazione delle convalide in confronto ai collaudi reali. Il modello viene convalidato per l'uso con altre analisi e il numero di costosi collaudi che dovrebbero essere eseguiti si riduce. In sintesi, questo significa che i veicoli vengono progettati in modo migliore, sono più economici e garantiscono maggiore sicurezza.

L'epoca d'oro della simulazione di sviluppo e la modellazione è iniziata negli ultimi dieci anni grazie ai progressi della tecnologia di assistenza computerizzata. Il mondo degli elementi piccoli e nascosti, così come di quelli grandi e dinamici diventa visibile e più chiaro. I loro risultati rappresentano una parte indispensabile della vita di tutti i giorni.