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优化血液分析方法:物理原型失败时,仿真提供了答案 中文

D. Isèbe
HORIBA Medical, France

血液学分析,即确定各种血液参数的血样分析,是对血液疾病进行诊断和作出治疗决策的关键要素。准确的血液学分析需要计数并分类样本中的不同细胞来测量它们的大小和分布。HORIBA Medical,是一家提供医疗诊断设备的公司,主要使用 COMSOL Multiphysics 软件来优化其血液学装置的设计。他们的一个装置采用了微孔电极系统,血液从其中流过,微孔电极系统中的一对电极之间的电阻抗和电压差用于计算粒子数量。实验原型难以进行测量,所以 HORIBA 的研究人员依靠 COMSOL Multiphysics 软件来模拟系统内的物理过程。他们考虑了通过微孔的压降,高速流体速度,传热和电场。通过使用仿真,他们确定了流体聚焦是改进阻抗测量和进一步提高装置精度的有效方法,并已将该技术应用于 HORIBA 一个最先进的血液分析仪中。

通过多物理场仿真开发微型机器人驱动技术 中文

P. Lazarou, C. Rotinat
CEA LIST, France

微创手术机器人器械依赖于微型灵巧的工具及其可靠的驱动性。但大多数机器人手术器械都体积庞大,价格昂贵并且外科医生操作起来费时费力。法国原子能与可替代能源委员会(CEA LIST)的研究人员正在研究微型相变驱动器,它将会减轻外科医生在漫长手术过程中所承受的痛苦。Christine Rotinat 和 Panagiotis Lazarou 已经使用 COMSOL Multiphysics 软件模拟了微型相变驱动器,它可以提供高负荷及对病人和外科医生来说都安全的位移范围。他们的设计是基于 Goldschmidbӧing 等人的设计进行的,并依赖于导电石蜡复合体的体积膨胀的特性。他们用自己创建的耦合物理场仿真(其中包括非线性的导电率,不断变化的粘度,密度及特定的比热容)优化设计得到最佳的驱动和电力消耗。最终,他们的微型驱动器将会集成到供手术室内用机器人外科手术工具中。

通过仿真满足高速通讯能源要求

S. Lei, R. Enright, R. Frizzell, D. Hernon
Bell Labs, Ireland

信息通讯技术行业需要新的高能效设备,这样才能赶上过去几年数据流量的爆炸式增长趋势。贝尔实验室,作为阿尔卡特朗讯的研究机构,正率先采取一项举措,通过引入新的方法来进行电子冷却和能量采集,从而减少高速通讯设备和平台的碳足迹。 贝尔实验室的研究团队利用 COMSOL Multiphysics 软件,模拟了装有集成式微热电冷却器的激光系统的光学、热学和电性能;他们通过仿真结果来优化光子设备的设计,并充分利用了热电效应原理。此外,他们还模拟了机电系统的结构、磁学和电学性能来研究将机械振动转化为电能的最佳设计,这样将有效降低频繁更换电池的需求。随着研究的进一步深入,同时也借助仿真的力量,很多提高能效的新技术开始崭露头角。

仿真软件为电缆行业带来巨大变化

M. Bechis
Prysmian, Italy

设计和测试应用于陆地和海底的高压电缆,是 Prysmian 最重要的商业模式。设计电力传输系统的一个根本挑战就是优化电缆,这样它们才能在保持(最好是低于)最大允许工作温度的同时安全可靠地提供所要的稳态电流。 将多物理场仿真与研发流程相结合,这样 Prysmian 工程师可以在构建原型之前对电缆进行设计和测试,同时还可以考虑不利的热环境,而这在实际实验中却难于控制。具有瞬态分析功能的多物理场模型可以评估参数化电缆结构的热性能,同时还结合很多因素,诸如太阳能照射的日变量,甚至是用变化的电流负载,取代通常的恒定电流条件。Prysmian 的扩展仿真功能已经使电缆设计流程得以改进,可以为客户及同行们提供更好的服务。

开关翻转之间实现细胞构图的生物工程应用 中文

G. Zhang
Clemson U, SC, USA
J. Brcka, J. Faguet, E. Lee
Tokyo Electron, TX, USA

介电泳(DEP)是一种在医疗、电子和能源中用来图形化细胞和粒子的方法。对悬浮在介质中的一组细胞或介电粒子施加电场,使它们发生极化,继而粒子产生运动进行重组。这是以纳米为单位逐层进行材料组装的有效方法,有时也可用于工业规模的批量生产。在克莱姆斯大学和 Tokyo Electron U.S. Holdings, Inc. 的合作中,研究人员一直在分析细胞图形化过程中观察到的非预期粒子旋转和对齐行为。他们使用 COMSOL Multiphysics 模型来了解细胞图形化和材料组装;他们的仿真考虑到细胞的非均质属性和电场畸变,这些分析是为了预测 DEP 力对细胞图形化和材料组装的影响。

深入了解用于产生声流效应的压电材料 中文

G. Potter
SUNY Albany, NY, USA

微流控器件是许多传感器的关键,例如流量传感器以及用于医学诊断的传感器。但由于其尺寸很小,使得流体的混合与抽取变得极具挑战性。作为传统驱动方法的替代方法,表面声波(SAW)可用来产生流体流动。在 SUNY Albany 和 SEMATECH 合作中,研究人员创建了模型并模拟了集成叉指换能器(IDT)结构,以及压电基片结构和 SAM 产生的谐波振动。他们使用 COMSOL Multiphysics 软件对影响器件几何优化的因素进行了研究,比如声流响应和谐振频率。他们通过仿真结果,证实了 SAW 的垂直位移越大对应的流动速度越高,而且他们的仿真结果与实验测量相吻合。

加强输电线路的性能:采用仿真优化设计

J. Leman
POWER Engineers, MA, USA

环境条件和硬件负载以及性能测试所致的机械应力,当然,还有电学性能。输电线路硬件包含绝缘和导电组件。电晕放电是一种常见的电现象,一般发生在邻近的绝缘组件和高电压导体的表面电场引起周围空气分子电离时。这会导致电磁干扰,可见光,能量损失以及可听见的噪声。在一个研究如何减少输电线路的电晕放电的项目中,咨询公司 POWER Engineers, Inc. 的高级项目工程师 Jon Leman 使用了 COMSOL Multiphysics 软件来模拟绝缘装配体。他的研究团队使用自己的仿真来确定传输线路硬件的不同表面周围的电场强度和电势。他们使用研究出的结果来预测哪些区域最容易受到电晕放电,并得到一些宝贵经验:如何改良绝缘体组件来获得更好的性能。

模拟复合物理场加速芯片开发

P. Woytowitz
Lam Research Corporation, CA, USA

随着计算机技术的飞速发展,需要更强大的计算机芯片才能满足行业迅猛发展的高要求。Lam Research Corporation 主要制造半导体装置和设备,在半导体加工工艺中使用它们来沉积,蚀刻并清洁摆放在晶圆上的材料层。使用与化学气相沉积(CVD)一样精确的工艺后,温度波动和热循环会导致制造工艺的核心环节(沉积、选择性去除及构图)出现问题。 Lam 工程部总监 Peter Woytowitz,已利用 COMSOL Multiphysics 了解了制造过程中问题产生原由,以及晶圆变形与叠加错误和偏差之间的关联方式。他的研究团队不仅设计了一种可以使温度更均匀的加热系统,还在用于创建高纵横比功能的临时结构中模拟了屈曲。他们通过仿真结果能够成功优化工具的性能,使晶圆移位程度与叠加错误精确匹配,然后准确地预测屈曲。

模拟药物洗脱支架中的释放机理 中文

T. Schauer, I. Guler
Boston Scientific Corporation, MN, USA

穿过冠状动脉置入支架是用于治疗由动脉狭窄而限制血液向心脏流动的常用解决方法。按照这种方法操作时,由于组织会在支架上过度生长可能会出现再狭窄现象。Boston Scientific 的研究人员正在使用多物理场仿真来更好地了解药物洗脱支架如何防止组织再生,从而进一步改进他们的设计。 研究人员在 COMSOL Multiphysics 软件中建立了一个用于药物控释并进入周围组织的支架涂层模型。在他们的模型中,可以使用刚性弹簧法,确保孔隙和壳层之间界面处的药物扩散通量的连续性。优化模块用于改良不能通过实验确定的模型参数,比如聚合物壳层的厚度和在支架涂层中孔隙的延迟系数。仿真和实验数据都证实了通过孔隙的快速释放机理和通过壳层中聚合物包封剂的慢速扩散。

仿真帮助改进载人航天器的空气再生系统 中文

J. Knox, R. Coker
NASA Marshall Space Flight Center, AL, USA

为确保航天员的安全和太空任务的成功,需要定期对载人航天器中的空气进行再生处理。Jim Knox、Rob Coker 带领着 NASA 马歇尔航天飞行中心的工程师团队已经开发了称为等温体干燥器(IBD)的集水系统。IBD 可用于回收大气中的水分以供再次使用。它由填充层组成,其中每道填充层都布满了硅胶颗粒;空气流过时,水被吸附到硅胶上,然后一旦空气继续进入 CO2 去除系统后便通过解吸返回到大气中。Knox 和 Coker 使用 COMSOL Multiphysics 软件模型模拟了一个四道填充层 IBD 中气体流动和传热。他们监测了水吸附和解吸时的流动速率,压力条件和水浓度。他们的模型预示了 IBD 成功去除了大气中 85% 的水分。在使用 COMSOL 优化设计的同时,他们还希望能为 NASA 提供比从前飞得更远的集成系统。