Modelaige Cumputacional

La modelaige cumputacional ye la ária que trata de la simulaçon de soluçones para porblemas científicos, analisando ls fenómenos, zambolbendo modelos matemáticos para sue çcriçon, i eilaborando códigos cumputacionales para oubtençon daquelas soluçones. Ye ária an spanson, d'ampla aplicaçon, an:

• zambolbimiento de perdutos andustriales,
• pesquisas científicas básicas i aplicadas,
• simulaçones i prebisones temporales i spaciales de fenómenos,
• matemática, física, química,
• angenharie i tecnologie,
• biologie i salude,
• meio ambiente i ecologie,
• ouceanografie i geofísica, dentre outras.

Alguas árias d'atebidade eiquenómica qu'aufíren benefícios de la modelaige cumputacional son:

• agroindústria,
• medecina,
• custruçon cebil i estruturas,
• aeronáutica, angenharie nabal i andústria outomobilística,
• Hidráulica
• Angenharie Hidráulica
• Sedimentologie
• Macánica de ls fluidos
• andústria de l petrólio i Petroquímica, dentre outras árias d'aplicaçon.

La sofisticaçon de ls porblemas cun que l'houmanidade ten se deparado nas radadeiras décadas, an árias tan dibersas cumo las megaestruturas i la macánica de l cuntino, la nanotecnologie, la genómica i la bioinformática, la cumputaçon quántica, l'ecologie, i l'astrofísica, an nuobos materiales i an zambolbimiento sustentado, la títalo d'eisemplo, ne ls apersenta eisigéncia de repuostas sponencialmente mais cumplexas cun relaçon àquelas que percisamos gerar ne l passado, apersentando pa la ciéncia i pa la quemunidade científica un zafio: la necidade d'oubtençon de repuosta cada beç mais sofisticadas, oubjetibando tratar aqueilha cumplexidade, an tiempo sucessibamente menor i por meio de soluçon de porblemas cumplexos.

Porblemas cumplexos, ó de grande grau de cumplexidade, resultan an anflaçon de la cantidade de bariables físicas a manipular i cuntrolar ne l porcesso de stablecimiento de l porblema, establecimiento d'heipóteses pa l modelo, proposiçon de teories, postulados i teoremas, guias pa la busca de soluçon de l porblema, cuntrole, aferimiento i aprossimaçon de la soluçon. Usualmente porblemas cumplexos demandan fuorte sfuorço de cálclo, a partir de l stablecimiento de modelos matemáticos robustos ó de l stablecimiento de teias de relaçones antre bariables an dibersas scalas d'ouserbaçon, zde a nano, passando pula micro, até l macro. L'eixe de stablecimiento de l modelo de soluçon de porblemas cumplexos ten sido l'ouserbaçon de l porblema, de sue fenomenologie i la cuncepçon de l modelo físico i de l modelo fenomenológico qu'antecede l zambolbimiento de l modelo matemático, zambolbimiento de l sistema d'eiquaçones que regen l porblema, i sue soluçon cumputacional mediante un código apropiado. L stablecimiento desta cuncepçon de tratamiento i abordaige de porblemas cumplexos an ciéncia, bien cumo de sue soluçon a partir deste modelo, cunsidrando ua dibersidade de modelos qualitatibos, i subretodo modelos quantitatibos, an abordaige numérica usualmente cumputacional, busca assi superar l'ancerteza na trajetória d'eiboluçon de l porblema sob análeze, i subre las bariables de l porblema.

Modelos matemáticos stablecidos a partir de modelos fenomenológico, recaen an sistemas d'eiquaçones defrenciales parciales ó d'eiquaçones defrenciales ourdinárias d'eilebado númaro de ancógnitas, demandando fuorte sfuorço cumputacional na sue soluçon. L'aprossimaçon de las soluçones dessas eiquaçones por procedimientos numéricos tornou-se neçaira a la medida que las ciéncias ambientales, angenharies, tecnológicas i las ciéncias niológicas i de la salude abançában ne l sentido de la sastifaçon de las necidades houmanas.

 

L'abordaige cumputacional ye l'adotada na modelaige cumputacional. Trata-se de ária Anterdisciplinar pa l stablecimiento de modelos, cun adoçon de formulaçones matemáticas na soluçon de porblemas científicos an streita aliança i antegraçon culas linhas de pesquisa que definen las árias de coincimiento associadas als porblemas cumplexos. Ls resultados porjetados ouferecen ua metodologie pa la detreminaçon, ne l tiempo i ne l spácio de l'ampato d'anterbençones houmanas, cumo por eisemplo ne l çmatamiento de mata natiba i amplantaçon d'andústrias, cun base ne l coincimiento de l fluxo de las sustáncias ó materiales ambolbidos nas eimissones andustriales i ne l trasporte destas ne l'ambiente, de las taxas d'acumulaçon nas árias d'anfluéncia i projeçon de ls eifeitos subre las populaçones afetadas.

Tal abordaige cumpone la ária de modelaige cumputacional, na anterface culas angenharies, la matemática cumputacional, la física cumputacional, i cula cumputaçon científica, pertinente á abordaige de soluçones para porblemas cumplexos, pertinente a la macánica de l cuntino. Na modelaige cumputacional ls porblemas tratan d'eilebado númaro de bariables, propondo-se l'adoçon de métodos numéricos de tratamiento de l porblema, associado a la ferramienta cumputacional, i a las técnicas de porgramaçon abançadas, adequadas a l'outimizaçon de la busca de las soluçones de ls porblemas cumplexos. Tal procedimiento ye adequado tanto a meios cuntinos, homogéneos cumo heiterogéneos, bien cumo la sistemas çcretos, determinísticos i porbabilísticos, ancorrendo an menor custo cumputacional.

La ária qu'eiqui cunceituamos, ye tamien chamada cumo simulaçon cumputacional científica i macánica cumputacional. Trata-se de ária qu'angloba l cunjunto de coincimientos relacionados als métodos numéricos qu'ambolben ls procedimientos d'análeze i soluçon de porblemas cumplexos relacionados a la Macánica de l Cuntino, a las Ciéncias Satas i a las Ciéncias Naturales i Ciéncias de l Meio Ambiente, la Fenómenos Biológicos, i a la Macánica Orgánica. Diç respeito al studo de árias dibersas, particularmente la Macánica de ls Sólidos i la Macánica de ls Fluidos, la Biofísica i Biomecánica, la Sistemas Ecológicos i Populacionales. Sou campo d'aplicaçon, i scalas d'ouserbaçon, abrange las scalas spacial i de l tiempo, trasientes i stacionairos. La modelaige cumputacional, çtina-se a la soluçon de porblemas cumplexos regidos por eiquaçones defrenciales ourdinárias i eiquaçones defrenciales parciales, i la porblemas de balores eniciales i de porblemas de balores de cuntorno.

Reunindo un grupo de coincimientos ouriginados na Macánica Clássica i na Angenharie Macánica, passou la superá-las, i ten sido outelizado ne l meio académico i técnico, chamando l cunjunto de coincimientos fuortemente associados al amprego de cumputadores na soluçon de porblemas científicos i particularmente métodos numéricos, tales cumo:

1. nas Angenharies, an Ciéncias Tecnológicas, i nas Ciéncias Satas: abrangendo la macánica de l cuntino, macánica de ls sólidos, macánica de ls fluidos, macánica de las struturas, nanotecnologie i nanofísica, macánica de ls tierras i fundaçones, macánica de la fratura, teorie de l'eilasticidade, teorie de las struturas i resisténcia de ls materiales, aspetos de teorie de porjetos i porjeto auxeliado por cumputador, angenharie assistida por cumputador, plasticidade i biscoelasticidade, scoamiento de fluidos, scoamiento i macánica de ls meios porosos, outimizaçon i porgramaçon linear, métodos bariacionales i métodos numéricos, algoritmos genéticos, cumputaçon paralela i cumputaçon çtribuída, bisualizaçon científica, modelaige molecular, teorie de l caos, i la álgebra an sues dibersas teories, dentre outras aplicaçones.
2. an Ciéncias Ambientales: an ecologie cumputacional, an modelaige d'ecossistemas i biomas, na simulaçon i modelaige de trocas de massa i einergie antre populaçones, destas pa l meio ambiente, i antre ecossistemas, ne l zambolbimiento de métodos numéricos de soluçon de sistemas de EDOs i EDPs, studos d'ampato de çmatamiento de mata natiba, de las altaraçones ambientales decorrientes, simulaçon i projeçon temporal. Modelos d'amplantaçon d'andústrias, i simulaçon d'ampato ambiental detreminada pula amplantaçon de sistemas de porduçon. Simulaçon, análeze, modelaige i projeçon temporal i spacial de l fluxo de las sustáncias ó materiales ambolbidos nas eimissones andustriales i ne l trasporte destas ne l'ambiente, de las taxas d'acumulaçon nas árias d'anfluéncia i projeçon de ls eifeitos subre las populaçones afetadas
3. an Ciéncias Biológicas i de la Salude: abrangendo la genómica i la proteómica cumputacionales, simulaçon d'açon de proteínas i de sequéncias de códigos genético, bisualizaçon spacial de sequéncias genéticas, modelaige spacial de proteínas, modelaige strutural de bírus i batérias, análeze de mobimientos de seres microscópicos, modelaige heimodinámica, de sistemas ourgánicos, de l'açon farmacológica i de la simulaçon birtual de drogas terapéuticas ó curatibas. Modelos cumputacionales odontológicos, protéticos i d'amplantes. Modelaige de sistemas ourgánicos biofísicos, biomecánicos i telemobles.

Debe ser ouserbado, tamien, que nun se trata de ária de la Ciéncia de la Cumputaçon, inda que cun esta anter-relacionada, i si de la possibelidade d'aplicaçon de cunceitos i eideias abrangendo las etapas d'análeze i cumprenson de l fenómeno sob studo, establecimiento de sistema d'eiquaçones adequado la simulaçon de l fenómeno an queston, zambolbimiento de softwares adequados a la soluçon de l porblema científicos abordado, i aplicaçon a a studo teórico ó prático, cumprendendo análeze crítica de ls resultados i calibraçon de l modelo zambolbido.

Alguns de ls métodos studados na modelaige cumputacional cun direcionamiento a la soluçon de porblemas típicos de las angenharies, de las ciéncias satas, biológicas i ambientales, son: Métodos de ls Eilemientos Finitos, Métodos de ls Eilemientos de Cuntorno, Método de ls Belumes Finitos, Métodos de las Defrenças Finitas, Método Antegral i Bariacional, Métodos Outoadatatibos, cumputaçon çtribuída, Redes i Grids Cumputacionales, Cumputaçon Betorial i Paralela Aplicada, Pré i Pós-processamiento Gráfico i Outimizaçon, Sistemas de Ourientaçon Spacial, Modelaige de l Spácio Houmano, Simulaçon Cumputacional, rialidade birtual i Protótipos Cumputacionales.

La modelaige cumputacional outeliza un cunjunto de métodos, ferramientas i formulaçones direcionadas a la soluçon de porblemas cumplexos, ambolbendo grande númaro de bariables, bolumosa massa de dados, processamiento i manipulaçon d'eimaiges. Zambolbimiento de modelos matemáticos i de métodos numéricos, bien cumo çcretizaçon i tratamiento de meios cuntinos stan ne l sou campo d'abrangéncia.

La Modelaige Científica Cumputacional aplica anton la cumputaçon l'outras árias de l coincimiento. Eilha permite que se crien modelos cumputacionales para situaçones an que ye ampossible ó mui caro testar ó medir las dibersas soluçones possibles para un fenómeno a partir de modelos spurmentales ó por soluçon analítica. Biabeliza l'adoçon d'abordaige cumputacional, abançando para alhá de las lemitaçones, cumpletando i antegrando-se l'estas outras abordaiges i muitas bezes sendo la única oupçon, a l'abordaige spurmental i a l'analítica.

Por modelaige científica cuncebe-se nun solo la modelaige relacionada al zambolbimiento de métodos numéricos i bariacionales, cumo tamien a la cumprenson i zambolbimiento de modelos associados a la fenomenologie física de ls porblemas cumplexos, aplicaçon de modelos yá zambolbidos, simulaçon, prebison i projeçones temporales i spaciales de l zambolbimiento de soluçones para aqueilhes porblemas.

Puoden aparecer porblemas quando se simula porcessos cognitibos, por causa de las lemitaçones de l cumputador. Fui sugerido por Palmer i Kimchi^{[lhigaçon einatiba]} que se puode specificar ua teorie sucessibamente cun mais detalhe até chegar al punto de ser possible screbir un porgrama de cumputador i que debe ser possible tamien d'apartar a partir de que punto ye que l'amplementaçon ye dependente de la lenguaige de porgramaçon i máquina, an beç de ser depender de l cérebro. Ye que l porgrama bai tener siempre aspetos que nun stan relacionados cula teorie psicológica, mas que la tecnologie çponible ampone al pesquisador. Un eisemplo son las funcionalidades que son ancluídas ne l porgrama para saber qual ye l sou stado anterno la detreminada altura anquanto corre, i que, oubbiamente, nun stan relacionadas cul funcionamiento de l cérebro.

L zampenho tamien puode ser porblemático, porque tamien ye lemitado cula tecnologie çponible, sendo ampossible acumparar diretamente las belocidades de repuostas d'ambos máquina i cérebro, ambora puoda haber ua relaçon de proporcionalidade antre ls dous, ó ne l mínimo l perduto d'ambos debe star bastante próssimo.

• EPETO^{[lhigaçon einatiba]}
• Modelos físicos
• Modelo
• IPRJ - Anstituto Politécnico de la UERJ qu'ouferece doutorado pioneiro an Modelaige Cumputacional
• Hidráulica
• Angenharie Hidráulica
• Sedimientos
• Sedimentologie
• Hanes Albert Einstein
• Macánica de ls fluidos