最優秀論文およびポスター: COMSOL カンファレンス 2020 北米

2020年 10月 14日

先週, COMSOL カンファレンス 2020 北米が開催され, 世界中のシミュレーションエンジニアや研究者が参加しました. 音響モデリングから生体工学研究, 電磁気学設計に至るまで, 様々なトピックで革新的なシミュレーションがバーチャルに発表されました. 2日間のバーチャル会議の最後の1時間には, 数名の参加者が最優秀論文賞と最優秀ポスター賞を受賞しました. 受賞作品の概要については, 続きをお読みください.

様々な業界を特集した100以上のバーチャルプレゼンテーション

COMSOL カンファレンス 2020 北米では, 115の組織および学術機関が, COMSOL Multiphysics® ソフトウェアを使用した独自のシミュレーション研究を紹介しました. 論文, ポスター, 事前収録された講演が5つの主要カテゴリーで行われました:

  1. マルチフィジックス, 最適化, 粒子追跡, シミュレーション手法
  2. 構造力学と音響学
  3. 移送と流体の流れ
  4. 電磁気学
  5. 化学および生物工学

多種多様なユーザーによる発表の中から, 大会プログラム委員会により3本の論文が最優秀論文賞に選ばれ, 大会参加者の人気投票により3本のポスターが最優秀ポスター賞に選ばれました.

COMSOL カンファレンス 2020 北米のプログラム委員長である Dixita Patel 氏は, “これらのプレゼンテーションに尽力されたこと, そしてそれをさまざまな業界の他のエンジニア, 研究者, 科学者と共有することを可能にしてくださったことに大変感謝しています” と述べました. “カンファレンスへの貢献に対してユーザーを評価し, 表彰できることを光栄に思います.“

COMSOL カンファレンス 2020 北米のトップ論文3件

有名なナビエ・ストークス方程式を解析

最初の最優秀論文賞は, テネシー州テネシー大学の Jim Freels 氏と AJ Baker 氏の “方程式ベースのモデリングを使用した1D圧縮可能なナビエ・ストークスの解析” で受賞しました. この論文では, COMSOL Multiphysics® で方程式ベースのモデリングを使用して, 流体の流れモデリングで中心的な役割を果たす複雑なナビエ・ストークス方程式を解析する方法について説明しています.

COMSOL カンファレンス 2020 北米の 最優秀論文賞の受賞者の1人が賞を受け取るスクリーンショット.
COMSOL カンファレンス 2020 北米において, COMSOL社の Phil Kinnane 氏から最優秀論文賞を授与された Jim Freels 氏 (”方程式ベースのモデリングを用いた1次元圧縮性ナビエ・ストークスの検討”). GoToWebinar® プラットフォームでのスクリーンショット.

将来的には, 研究者らは, COMSOL Multiphysics® のアプリケーションビルダーを使用して, 論文で説明したモデルからシミュレーションアプリケーションを開発することを計画しています.

シミュレーションによる MEMS マイクロホン設計の改善

マイクロエレクトロメカニカルシステム (MEMS) 技術のおかげで, シリコンマイクロフォンは, スマートフォンやタブレットから自動車に至るまで, 幅広い用途で使用されています. 圧電マイクやピエゾ抵抗マイクと比較すると, シリコンマイクは感度が高く, ノイズフロアが低いことが特長です.

Knowles Electronics 社の Shubham 氏は, “MEMS マイクロフォン用高幅アスペクト比窒化ケイ素コルゲート膜”で最優秀論文賞を受賞しました. Shubham 氏の研究は, 有限要素モデリングアプローチと解析を用いて, シリコン MEMS マイクロホンの音響感度を向上させる方法について考察したものです. そのために Shubham 氏は, コルゲーションの幅に細心の注意を払いながら, 窒化ケイ素のコルゲートメンブレン (振動板) を持つ MEMS マイクロホンを分析しました.

COMSOL マルチフィジックスによる MEMS マイクロホンのコルゲートメンブレンのシミュレーション結果.
波状膜モデルのクローズアップ, ラベル図.

コルゲートメンブレインのシミュレーション (左) とコルゲートメンブレインのクローズアップ図 (右). 画像はCOMSOLカンファレンス 2020 北米の論文 ”MEMS マイクロホン用高幅アスペクト比窒化ケイ素コルゲートメンブレイン” から引用.

強磁性コアを持つインダクターのモデリング

最後の最優秀論文賞は, Spellman-High Voltage の Alex Pokryvailo 氏と Hiren Dave 氏の “高周波パルス電流における巻線損失の計算と測定“ でした. 論文の中で Pokryvailo 氏と Dave 氏は, 高周波トランスやインダクターの巻線における銅損の計算について記述した資料がいくつかあることに触れています. しかし, 既存の研究のほとんどは, 巻線のアスペクト比とこれらの成分のコアの存在を認識していません.

二人はシミュレーションを使って, オープンな強磁性コア, 大きな巻線曲率, 高い巻線アスペクト比を持つインダクターをモデル化し, 解析しました. 彼らの研究では, 多種多様な周波数と電流波形を測定しました. 彼らは, 周波数領域と時間領域で COMSOL Multiphysics® を使ってシミュレーションを行いました.

強磁性コアを持つインダクターのモデルのジオメトリとメッシュを並べた画像.
インダクターの形状とメッシュ. COMSOL カンファレンス 2020 北米の論文 ”高周波パルス電流における巻線損失の計算と測定” の画像.

COMSOL カンファレンス 2020 北米のお気に入りポスター

COMSOL カンファレンスの参加者は, オンラインカンファレンスのダッシュボードを通じてお気に入りのポスターに投票できました. イベントの最後には, 以下の3つのプロジェクトが最優秀ポスター賞を受賞しました.

圧電トランスデューサーのモデリング

腫瘍学では, 熱アブレーションは, 投与された加熱によって原発性がんや転移性がんを見つけるためにしばしば使用されます. 間質針ベースの治療用超音波 (NBTU) は, 熱アブレーションを使用する際に低侵襲のアプローチを提供します. NBTU は圧電トランスデューサーを使用し, 標的腫瘍部位に局所的な加熱を生じさせ, 癌細胞を死滅させることが可能です.

Worcester Polytechnic Institute, General Electric Global Research, Acoustics Medsystems Inc. の複数の研究者が, “指向性間質超音波アブレーション用の圧電トランスデューサーの3D熱音響モデリング“ でベストポスター賞を受賞しました. 彼らのポスター (下図) では, COMSOL Multiphysics® を用いた間質性 NBTU 脳腫瘍アブレーション用圧電トランスデューサーの3Dシミュレーションの設定方法について述べられています.

腫指向性間質性超音波アブレーションの研究に関するCOMSOL カンファレンス 2020 北米のポスター.
COMSOLカンファレンス 2020 北米の ”指向性間質性超音波アブレーションのための圧電トランスデューサーの3D熱音響モデリング” ポスター.

シミュレーションを用いて, 共振周波数と固有モード解析, 音圧音場周波数領域研究, 生体熱伝達時間領域研究を行いました. 将来的には, 回転トランスデューサーの3Dシミュレーションを作成し, その非静的材料特性を調査する予定だそうです.

静電ジッパーアクチュエーターの解析

カリフォルニア大学とローザンヌ工科大学 (EPFL) の研究者は, “3チャンバー蠕動マイクロポンプにおける静電ジッパー作動のシミュレーション” というタイトルの研究で最優秀ポスター賞を受賞しました. 従来の静電アクチュエーターと比較すると, 静電ジッパーアクチュエーターには特定の利点があります. たとえば, 後者は局所的なギャップが小さい特殊な構造を備えており, より低い印加電圧で広い範囲の動作を実現します. 静電ジッパーアクチュエーターに関するこの知識に基づいて, 研究者らはシミュレーションを使用して静電ジッパー3チャンバー蠕動マイクロポンプを設計および解析しました.

COMSOL Multiphysics<sup>®</sup> を使って蠕動ポンプの設計をシミュレートした研究者の詳細なポスター.
COMSOLカンファレンス 2020 北米のポスター ”3室型蠕動マイクロポンプにおける静電ジッピング作動のシミュレーション”.

全体として, 研究者らは, 数値モデルが実験データとよく一致することを発見しました. さらに, マイクロポンプの重要な幾何学的パラメーター (基板の側壁角度や PDMS ダイアフラムの厚さなど) をモデル化して解析することで, 研究者たちはその設計をよりよく理解し, 改良を加えることができました.

冠動脈の患者特異的モデルの研究

最後の最優秀ポスター賞は, Stony Brook 大学と Cardiac Imaging, DeMatteis Center for Cardiac Research and Education の研究者のポスター “冠動脈疾患バイオメカニクスの流体 – 構造相互作用研究“ が受賞しました.

心血管疾患は, 世界第1位の死因です. 米国では, 冠動脈疾患は最も一般的な心臓病です. 冠動脈の計算モデルは, 動脈硬化, つまり冠動脈疾患につながるプラークの蓄積の発生を調べるのに使うことができます.

ポスターの中で, 研究者たちは2つのモデルを開発したことを強調しています:

  1. 70% の狭窄を有する疾患冠動脈の長さ 19mm のメゾスコピックモデル
  2. 長さ 7.56mm の健康な冠動脈

冠動脈における流体と構造の相互作用を研究したポスター.
COMSOL カンファレンス 2020 北米の ”冠状動脈疾患バイオメカニクスの流体構造相互作用研究” ポスター.

最終的に研究者たちは, このシミュレーションが, 動脈硬化の発症に関与する動脈の壁せん断応力と壁引張ひずみの解析に特に有効であることを発見しました.

ありがとう, そしておめでとう!

ユーザーのプレゼンテーションを3つの言葉で説明するよう求められたとき, プログラム委員長の Patel 氏は ”先進的で, 革新的で, インスピレーションを与えてくれます” と答えました. “産業界とアカデミアの両方で行われている研究を見るのは興味深いし, どのプレゼンテーションもそれぞれにユニークでした”.

COMSOL カンファレンス 2020 プログラム委員長による人気投票による最優秀ポスター賞の授与の様子.

最優秀ポスター賞を授与するプログラム委員長の Dixita Patel 氏. GoToWebinar® プラットフォームで撮影されたスクリーンショット.

COMSOL カンファレンス 2020 北米にご出席いただき, 研究発表をされた皆様に感謝申し上げるとともに, 最優秀論文賞および最優秀ポスター賞を受賞された皆様にお祝いを申し上げます. 皆様の声とアイディアがシミュレーション技術の未来を形づくります.

 

GoToWebinar は LogMeIn Inc. の登録商標です.

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