أتمتة عملية النمذجة العددية للمواد، مما يسمح بتوفير وقت المستخدم وجهده بشكل كبير، فضلاً عن القضاء على تأثير العامل البشري.
النمذجة المبدئية هي محاكاة حاسوبية للهياكل باستخدام معادلات الفيزياء الكمومية. يتيح هذا النهج دراسة مادة (على سبيل المثال، بلورة أو جزيء، بما في ذلك تلك التي لم يتم اكتشافها أو تصنيعها بعد في الطبيعة) ذات تركيبة محددة على جهاز كمبيوتر من أجل تقييم خصائصها الفيزيائية والكيميائية قبل إجراء تجربة معملية.
قام طلاب قسم فيزياء الأنظمة النانوية بجامعة جنوب الأورال الحكومية بتطوير برنامج يساعد في العمل مع برنامج النمذجة العددية الشهير عالميًا SIESTA (إسبانيا).
«بمساعدة SIESTA، يقوم المتخصصون بإجراء حسابات للبنية الذرية والإلكترونية للجزيئات والمواد الصلبة لحل مشاكل علم المواد "الرقمي"، أو ببساطة، إجراء النمذجة الرقمية للمواد"، كما يوضح ألكسندر بيريهوديوك، وهو طالب في قسم فيزياء أنظمة النانو في جامعة جنوب الأورال الحكومية. – تم تصميم برنامجنا المساعد لتبسيط عملية العمل مع حزمة البرامج الرئيسية للمستخدم. تتيح هذه الأداة المساعدة أتمتة إدخال المعلمات في ملفات إدخال متعددة، وتسجيل نتائج الحسابات لتحليلها، والتشغيل المتزامن للعديد من حسابات SIESTA على أجهزة الكمبيوتر الشخصية، مما يوفر وقت المستخدم وجهده».
عند استخدام البرنامج الرئيسي، يحتاج المستخدم أحيانًا إلى إعداد وتشغيل أكثر من ثلاثين عملية حسابية متتالية، وخلال هذا العمل الرتيب، غالبًا ما تحدث أخطاء، على سبيل المثال، عند إدخال المعلمات أو تسجيل مسار ملف معين. وبالتالي، يمكن للعامل البشري أن يزيد بشكل كبير من الوقت اللازم للحصول على نتائج صحيحة.
يقوم برنامج إضافي من مطوري تشيليابينسك بأتمتة تفاعل المستخدم مع حزمة برامج SIESTA، وذلك بالعمل جنبًا إلى جنب معها. تتمكن الأداة المساعدة، المتزامنة مع برنامج الحساب الرئيسي، من تقديم خيارات للمستخدم لبيانات الإدخال الجاهزة، وتشغيل سلسلة من الحسابات على الفور وتسجيل النتائج بتنسيق ملف Excel مع جداول ورسوم بيانية جاهزة. كل ما يحتاجه المستخدم هو القيام ببضع نقرات باستخدام ماوس الكمبيوتر وانتظار نتائج المحاكاة الرقمية. بفضل هذا النهج، سيكون التفاعل مع برنامج SIESTA متاحًا حتى للمبتدئين.
سيساعد برنامج الدعم الذي يتم تطويره للعمل مع حزمة SIESTA في تبسيط الدخول إلى مجال النمذجة الرقمية للمواد. وسوف يقوم المطورون باختباره قريبًا على نطاق واسع داخل الجامعة، وبعد ذلك سيكون من الممكن إصداره لدائرة أوسع من المستخدمين. وسيكون البرنامج الحاسوبي الجديد مفيدا في عمل علماء المواد وصانعي الأجهزة.
يتم تطوير البرنامج بدعم من برنامج المنح «خطوة نحو المستقبل» لفيكتور خريستينكو في إطار مشروع «التوائم الرقمية للمواد (طريقة توفير الموارد للنمذجة الأولية)».