Специалисты Центра компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по направлению «Моделирование и разработка новых функциональных материалов с заданными свойствами» на базе Новосибирского государственного университета получили свидетельство о регистрации программы для ЭВМ — прототип программного комплекса, способный объединить разномасштабные методы атомистического моделирования в единую платформу. Его использование позволит учёным быстрее и точнее прогнозировать свойства новых материалов. Разработка осуществлена в рамках проекта, финансируемого Фондом Национальной технологической инициативы.
— Современные вычислительные технологии развиваются очень быстро, и вместе с ними совершенствуются методы численного моделирования. Особое место среди них занимают методы атомистического моделирования от квантовой и классической молекулярной динамики до метода Монте-Карло, — рассказал научный сотрудник Центра компетенций НТИ НГУ, кандидат физико-математических наук Владимир Андрющенко.
Вышеуказанные подходы, по словам учёного, привлекательны тем, что основаны на фундаментальных физических законах — классической и квантовой механике. На практике они позволяют с высокой точностью просчитывать процессы, происходящие в веществе на атомарном уровне, а также прогнозировать некоторые макроскопические свойства материала. Однако на сегодняшний день каждое из направлений моделирования реализовано в отдельных специализированных программах, работа с которыми требует высокой квалификации и больших временных затрат.
— Исследователю приходится работать с целым «зоопарком» программ, каждая из которых имеет собственный синтаксис и формат данных. В результате значительная часть времени уходит на рутинную работу по подготовке расчётов и переносу информации между программами. Мы поставили перед собой задачу объединить различные подходы в одной системе, которая бы минимизировала ошибки и облегчала работу материаловеда или химика, — пояснил Владимир Андрющенко.
Создаваемый программный комплекс должен не просто объединить существующие методы, но и обладать элементами интеллектуальной поддержки. Разрабатывается блок рекомендаций, который будет помогать пользователю выбирать оптимальные алгоритмы и параметры расчёта.
— Пользователь задаёт свойства материала, которые необходимо определить, и требуемую точность расчета, а программа на основе заложенных алгоритмов предлагает, какие методы необходимо использовать. Например, достаточно ли провести молекулярно-динамические расчёты с классическим потенциалом или нужно создать потенциал с помощью методов машинного обучения. Такой подход значительно упрощает процесс моделирования и повышает качество получаемых результатов, — отметил учёный.
Сейчас команда Центра компетенций НТИ НГУ завершает техническую спецификацию и работает над расширением функционала. Прототип программного комплекса уже позволяет проводить расчёты взаимодействия газа и жидкости с различными поверхностями, а также исследовать свойства углеродных нанотрубок и некоторых высокоэнтропийных сплавов.
— Полноценную версию программы, которая позволит решать широкий круг задач в материаловедении, мы рассчитываем получить в течение ближайших двух лет. Уже в 2026 году ею смогут пользоваться инженеры, химики и исследователи, — добавил Владимир Андрющенко.
По словам разработчиков, проект возник из практических потребностей самих исследователей. Команда НГУ изначально занималась моделированием свойств сплавов и углеродных материалов, и в процессе работы пришла к необходимости создать инструмент, который позволит автоматизировать часть вычислительных процедур и упростить анализ данных.
Новый программный комплекс может стать универсальным инструментом для самых разных отраслей — от энергетики и микроэлектроники до медицины и авиационно-космической промышленности. Возможность прогнозировать свойства материалов ещё до их синтеза позволяет существенно сократить время и стоимость разработки, а также снижает риски неудачных экспериментов. Такие подходы уже активно применяются при создании жаропрочных и коррозионностойких сплавов, углеродных композитов.
— Мы идём от практических задач, с которыми сталкиваются исследователи. Этот программный комплекс создаётся для того, чтобы реально облегчить им жизнь, — подчеркнул Владимир Андрющенко. — Чем больше типов материалов и сценариев расчёта он сможет охватить, тем выше его ценность для науки и промышленности.
