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Effiziente und skalierbare Simulationen aktiver Hydrodynamik in drei Dimensionen
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Datum
2024
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Verlag
Gesellschaft für Informatik e.V.
Zusammenfassung
Aktive Materie kann sich aus eigenem Antrieb bewegen und verformen. Dies beschreibt insbesondere lebende Materie, wie biologische Zellen, Muskelgewebe oder Vogelschwärme. Die Erforschung des Verhaltens aktiver Materie wird aber dadurch erschwert, dass die Komplexität ihrer mathematischen Beschreibung hohe Anforderungen an Rechenleistung und numerische Algorithmen stellt. Wir präsentieren Algorithmen und Software zur effizienten Lösung der komplexen partiellen Differentialgleichungen aktiver Materie. Dies basiert auf einem C++ Ausdrucksystem für wissenschaftliches Rechnen, welches Experimente mit verschiedenen numerischen Verfahren in komplexen Geometrien erlaubt. Die Implementierung in der OpenFPM-Software für paralleles Hochleistungsrechnen gewährleistet Performanz und Skalierbarkeit. Algorithmisch präsentieren wir einen gitterlosen numerischen Löser, der direkt auf adaptiven Punktwolken rechnet, was die Handhabung komplexer Geometrien und gekrümmter Oberflächen vereinfacht. In der Anwendung hat unsere Lösung bereits zur Entdeckung neuer physikalischer Phänomene aktiver Materie geführt. Dies zeigt die Bedeutung von Fortschritten in der Informatik für die interdisziplinäre Erforschung lebender Materie.