Snelle simulaties van nanodeeltjes kunnen de inspanningen om luchtvervuiling te bestrijden, stimuleren

Een baanbrekende methode om te simuleren hoe nanodeeltjes door de lucht bewegen, kan de inspanningen om luchtvervuiling te bestrijden, te stimuleren, suggereert een studie in de Journal of Computational Physics.

Kleine deeltjes gevonden in uitlaatgassen, natuurbrandrook en andere vormen van vervuiling in de lucht zijn gekoppeld aan ernstige gezondheidsproblemen zoals beroerte, hartaandoeningen en kanker, maar voorspellen hoe ze bewegen is notoir moeilijk, zeggen onderzoekers.

Nu hebben wetenschappers een nieuwe computermodelleringsbenadering ontwikkeld die de nauwkeurigheid en efficiëntie van het simuleren van nanodeeltjes dramatisch verbetert. In de praktijk kan dit betekenen dat simulaties die momenteel weken kunnen duren, binnen enkele uren kunnen worden voltooid, zegt het team.

Het gedrag van deze deeltjes beter begrijpen – wat klein genoeg is om de natuurlijke verdediging van het lichaam te omzeilen – zou kunnen leiden tot meer precieze manieren om luchtvervuiling te monitoren, zeggen onderzoekers.

Met behulp van de National Supercomputer Archer2 van het Verenigd Koninkrijk hebben onderzoekers van de universiteiten van Edinburgh en Warwick een methode gecreëerd die een sleutelfactor mogelijk maakt die bepaalt hoe deeltjes reizen – bekend als de sleepkracht – tot 4000 keer sneller worden berekend dan bestaande technieken.

De kern van de aanpak van het team is een nieuwe manier om de manier waarop lucht rond nanodeeltjes stroomt. Het omvat een wiskundige oplossing op basis van hoe luchtstoringen veroorzaakt door nanodeeltjes vervagen met afstand. Wanneer toegepast op de simulatie, kunnen onderzoekers veel dichter bij deeltjes inzoomen zonder nauwkeurigheid in gevaar te brengen. Dit verschilt van de huidige methoden, die betrekking hebben op het simuleren van enorme gebieden van omliggende lucht om ongestoorde luchtstroom na te bootsen en veel meer rekenkracht vereist, zegt het team.

Door snelle en precieze simulaties op het nanoschaal mogelijk te maken, kan de nieuwe aanpak helpen beter te voorspellen hoe deze deeltjes zich in het lichaam zullen gedragen, zegt het team.

Naast het mogelijk helpen van de ontwikkeling van verbeterde monitoringhulpmiddelen voor luchtvervuiling, kan de opmars ook het ontwerp van op nanodeeltjes gebaseerde technologieën informeren, zoals lab-gemaakte deeltjes voor gerichte medicijnafgifte, voegt het team eraan toe.

Hoofdauteur Dr. Giorgos Tatsios, van de School of Engineering van de Universiteit van Edinburgh, zei: “Airborne -deeltjes in het nanoschaalbereik zijn enkele van de meest schadelijke voor de menselijke gezondheid – maar ook het moeilijkst om te modelleren. Onze methode stelt ons in staat om hun gedrag te simuleren in complexe stromen in complexe stromen in complexe stromen in complexe stromen in complexe stromen in complexe stromen in complexe stromen veel meer efficiënter, wat cruciaal is voor het begrijpen waar ze gaan en hoe ze gaan en hoe ze gaan en hoe ze gaan.”

Professor Duncan Lockerby, van de School of Engineering van de Universiteit van Warwick, voegde eraan toe: “Deze aanpak zou nieuwe niveaus van nauwkeurigheid kunnen ontgrendelen bij het modelleren van hoe giftige deeltjes door de lucht bewegen – van stadsstraten tot menselijke longen – evenals hoe ze zich gedragen in gevorderde sensoren en cleanroomomgevingen.”