铁磁流体以其迷人的形状变化尖峰显示，是科学展览中最受欢迎的展品之一。这些引人注目的磁场运动实例，通过计算工作捕捉它们的运动，可能会变得更加引人注目。阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的一个研究小组现在开发了一个铁磁流体运动计算机模型，可以用来设计更大尺寸的铁磁流体显示器。这项研究是一个踏脚石，利用模拟来通知铁磁流体在广泛的实际应用，如医学，声学，雷达吸收材料和纳米电子。
20世纪60年代，美国国家航空航天局(NASA)开发了铁质流体，作为在低重力条件下泵送燃料的一种方式。这是由悬浮在液体中含铁化合物的纳米磁性颗粒组成。在没有磁场的情况下，铁水具有完美光滑的表面。但当磁铁靠近铁磁流体时，粒子会迅速与磁场对齐，形成特有的尖状外观。如果一个磁性物体被放置在铁磁流体中，这些尖刺甚至会在倒流之前爬上物体。由于铁磁流体的行为可能与直觉相反，模拟是理解其复杂运动的理想方法。
KAUST视觉计算中心Dominik Michels计算科学小组的博士生黄立波(Libo Huang)说：然而，到目前为止，这些模型还存在一些局限性。第一个挑战是消除现有模型的磁场奇点，以前的模型通常使用无限小的磁铁来处理磁场模拟。两块磁铁靠得越近，磁力就越强——因此，如果一块磁铁无限小，磁场强度就会变得无限大。无限小磁铁的中心被称为奇点，不仅磁铁中心的磁场难以测量，而且如果两个奇点靠得很近，力就会变得很大，以至于模拟可能会崩溃。
研究推导出了一些公式来消除奇点，并创建了更稳定的数字方案。该研究团队还发现了通过降低算法复杂度来提高计算效率的方法，从而可以运行更大的模拟。当研究团队将模型与湿式实验室实验进行比较时，再现了铁磁流体的真实动态行为，提供了一个很好的定性表征，这将有助于铁磁流体雕塑设计。这为进一步的定量分析打开了大门，进一步提高模型的精度将为铁流体基本行为提供新见解，并带来许多新用途，从电子传感器和开关到先进望远镜的可变形镜子。
博科园｜研究/来自：阿卜杜拉国王科技大学
参考期刊《美国计算机学会图形学汇刊》
DOI: 10.1038/s41467-019-11015-0
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