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开发用于按需 DNA 合成的硅 MEMS 芯片

2020年 1月 21日

体细胞基因组编辑逐渐表现出能够治疗多种遗传疾病的能力。随着功能强大的基因组编辑工具 CRISPR-Cas9 的不断发展,人们对 DNA 合成技术的需求也越来越多。

通过流体动力学研究摊煎饼的最佳方法

2019年 11月 6日

对于物理学家来说,随时都可能迸发出更好的设计和技术灵感。对于一个饥饿的物理学家来说,灵感尤其会在用餐时迸发出来。

如何优化和调整导入的网格

2019年 8月 15日

2 项功能可最大程度地利用导入的网格: 1. 精炼操作可快速减小单元尺寸。 2. Adapt 操作通过表达式修改元素大小。

通过仿真研究如何击败巨型怪兽

2019年 8月 5日

当你在观看怪兽题材电影时,有没有想过:如果地球上真的存在巨型怪兽会怎样?为了找到保护人类的有效方法,来自卡迪夫大学(Cardiff University)和牛津大学(University of Oxford)的两个数学生物学家使用数学建模对电影中常见的消灭这些巨型怪兽的方法进行了测试。通过对仿真结果的分析,他们还进一步确定了适用于不同地区的最佳策略。 基于种群生态学理论研究如何消灭巨型怪兽 一个科学考察队在探索马里亚纳海沟(Mariana Trench)深处时,意外地从温跃层的裂缝中释放了一只史前巨鲨——巨齿鲨。随后,他们耗费了大量武器、技术和船员来追捕这头巨鲨。在另一个类似的虚构故事中,一头体型庞大的大白鲨用它锋利的牙齿威胁度假岛上的人类……直到主角将它击败送回海底深处。 《大白鲨》(Jaws)的拍摄地点位于美国马萨诸塞州的马撒葡萄园岛(Martha’s Vineyard, Massachusetts),科德角海岸附近。在真实世界中,近年来鲨鱼的数量一直在迅速增长。虽然鲨鱼袭击人类的事件远比电影中展现的要少得多,但当人们看到海滩上出现大量背鳍时,仍然会感到担忧。那么,究竟是什么原因导致这么多的大白鲨靠近海岸呢? 大白鲨。图片由 Olga Ernst 提供自己的作品。通过 Wikimedia Commons 在 CC BY-SA 4.0 下获得许可。 简单来说,海豹数量的减少是导致这个问题的主要原因。在1880 年代到 1960 年代,由于海豹会捕食鳕鱼,新英格兰渔民便将其视为渔业的威胁,因此大量捕杀海豹,直到该地区的海豹数量有明显减少。之后, 1970 年代颁布的《海洋哺乳动物保护法》( Marine Mammal Protection Act)中将杀死海洋哺乳动物定为非法行为,这才使得海豹的数量有所回升…… 以海豹为食的鲨鱼数量也随之增多。 一些人提议捕杀海豹,另一些人提议捕杀鲨鱼,但通过捕杀这种方法可能会使问题变得更加严重。如何预测哪些选择会产生预期结果,哪些选择会带来意想不到的后果呢?其中一种方法就是运用数学方法研究生物学。 种群生态学理论 为了激发人们对真实生活中的生态问题(如大白鲨重返海角)的兴趣,数学生物学家 Thomas Woolley 博士和 Philip Maini 教授将目光转向了惊险刺激的怪兽电影。他们基于《环太平洋》(Pacific Rim)、《侏罗纪世界》(Jurassic World)、《哥斯拉》(Godzilla)和《金刚》(King Kong) 等各种类型的电影所发现的“证据”,将理论种群生态学数学应用于一个研究名为 Kaijus 的巨型怪兽和 Jaegers巨型机器人的虚构场景中。在下文中,您将看到这些典型的证据可以指导他们确定仿真参数。 尽管这一研究所需要考虑的问题有很多,但其基本原理仍围绕着自然界已经发现的理论:种群动态。对于 Woolley 而言,使用电影类比来吸引人们对种群生态学产生关注是一个很好的切入点,他说:“我们如何才能以最好的方式将研究的东西展示出来呢?”人们可以很容易地以僵尸灾难与 疟疾或流感的传播进行比较,因为它们的数学模型是一样的。而对于怪兽题材来说,生物学家们关注于物种间的竞争,捕食者与猎物之间的相互作用,以及人类尝试灭绝物种等。 使用 COMSOL Multiphysics® 软件内置的捕食者-猎物方程等常用工具,可以对生态害虫问题进行研究。该方程的官方名称为 Lotka–Volterra,它从数学上描述了两个物种相互作用的方式,其中一个是捕食者,另一个是猎物,以及它们的种群随时间的变化情况。研究人员以捕食者-猎物的相互作用问题为基础,对上文提到的 Kaijus 巨型怪兽进行了仿真计算。 kaiju 巨型怪兽种群的数学建模 在制定消灭策略之前,生物学家根据以下主要标准为 Kaijus 定义了预测种群规模的参数: 相互作用 行动路径 环境边界 初始分布 怪兽 Kaiju 的设定表明,这些生物不仅具备繁殖能力,当种群数量过多,必须为资源竞争时,它们还会自相残杀。因此,科学家们在模型的交互部分使用了逻辑斯蒂增长微分方程。在现实生活中,这类方程可用于描述从酵母到狼等各种生物种群。 在移动方面,科学家们基于流行电影中这些怪兽的能力,确定它们能在不到一天的时间内从海洋移动到陆地,并根据从环太平洋沿岸到日本(约 1000 英里)所需的 24 小时时间周期来计算它们的移动速度。他们发现,Kaijus 能以大约每小时 40 英里的速度游泳。作为自然力量,Kaijus 倾向于从起点随机移动到最近的陆地。这有助于科学家们根据怪兽密度的扩散和时空演变推导出偏微分方程。此外,他们还考虑了怪兽可以改变方向的情况,尤其是在遇到边界时。 […]

如何自动移除模型几何结构中的小细节

2019年 7月 12日

在 COMSOL Multiphysics® 软件中设置仿真时,你有时可能希望用自动方法来移除几何结构中一些能产生不必要的细化网格或质量较差网格的细节。

主题演讲视频:EPFL 通过仿真拿下超级高铁大赛冠军

2019年 1月 22日

EPFLoop 团队凭借其设计的超级高铁舱站上了 COMSOL 用户年会 2018 洛桑站的领奖台,他们展示的方案让观众们大饱眼福。

主题视频:利用 RF 仿真优化测试连接器设计

2018年 11月 26日

在射频和微波行业,Signal Microwave 公司一直致力于开发高频同轴连接器,包括终端发射连接器、垂直发射连接器和场转换连接器。在 2018 年波士顿 COMSOL 用户年会上,来自 Signal Microwave 的 Eric Gebhard 讨论了如何使用 COMSOL Multiphysics® 软件为公司带来设计和商业优势。

通过光力学模型研究人眼的老花现象

2018年 10月 24日

在例行检查过程中,眼科护理专业人员会检查常见的屈光不正症状,如近视、远视和散光。随着患者年龄的增长,医生还会检查老花眼,这是一种眼调节能力减弱的现象,会导致近视力长期完全丧失。视觉调节过程非常复杂,很难获得改进老视诊断和治疗所需的有用眼睛特性。为了解决晶状体折射率的测量问题,研究人员利用仿真开发了一种逆向工程技术。


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