mesosimulatie

Mesosimulatie is een benadering in computational modellering die processen op de tussenliggende lengteschaal beschrijft, tussen atomistische simulaties en macroscopische continuümmodellen in. Het doel is om plekken waar microscopische details invloed hebben op macroscopic gedrag te begrijpen zonder elke atoomplaatsing uit te hoeven rekenen.

Bij mesosimulatie worden vaak representaties gebruikt die meerdere atomaire bouwstenen samenvoegen tot grotere eenheden, zodat de relevante fysische mechanismen op mesoscala kunnen worden gevolgd. Voorbeelden van methoden zijn coarse-grained molecular dynamics, dissipative particle dynamics (DPD), lattice Boltzmann-methoden, fase-fieldmodellen en andere mesoscopische representaties voor polymersystemen en complexe vloeistoffen. Deze benaderingen kunnen zowel statische als dynamische eigenschappen beschrijven, vaak met behoud van thermische fluctuaties en hydrodynamische interacties.

Toepassingen van mesosimulatie liggen in polymeren, colloïda, complexe vloeistoffen, emulsies en gels, maar ook in materialenwetenschap, biowetenschappen en microfluïdica. Ze worden gebruikt om fenomeen zoals fase-separatie, nucleatie, ruis op nanoschaal, visco-elasticiteit en transportprocessen te bestuderen waar volledige atomistische simulaties te duur of onpraktisch zouden zijn.

Voordelen zijn onder meer een hogere rekenefficiëntie ten opzichte van volledig atomistische modellen en de mogelijkheid om emergente mesosysteem-eigenschappen te exploreren. Uitdagingen omvatten parameterisatie en validatie, beperkte overdracht van parameters tussen systemen, en de noodzaak om resultaten te koppelen aan zowel atomistische als continuumbeschrijvingen voor een consistente multiscale interpretatie.

Samengevat vormt mesosimulatie een cruciaal onderdeel van multiscale modellering, waarmee tussenliggende processen op coherente wijze worden bestudeerd en geïntegreerd met andere oplossingsniveaus.