Als kind heb je misschien wel eens je eigen knikkerbaan gemaakt, of het klassieke spel Screwball Scramble gespeeld. Studenten van de Universiteit Twente ontwierpen hun eigen knikkerbanen en simuleerden hun ontwerp in de open-source deeltjessimulator MercuryDPM om de fundamentele wetenschap achter deze spellen te begrijpen. Tegelijkertijd deden de studenten onderzoek naar de code van MercuryDPM.
Prof. dr. Anthony Thornton en dr. Thomas Weinhart startten dit project na een nieuwsbericht over de Amerikaanse tv-show 'Last Week Tonight With John Oliver' waarin John Oliver aangaf het Nederlandse YouTube-kanaal 'Jelle's Marble Runs' te gaan sponsoren. "Een collega stuurde ons het nieuwsbericht, met de vraag of we deze knikkerbanen konden simuleren", zegt Thornton.
Studentenproject
Thornton en Weinhart begonnen een project waarin bachelorstudenten probeerden knikkerbanen te modelleren. De studenten kregen de opdracht een fysieke knikkerbaan te bouwen en hun ontwerp te simuleren in de open-source deeltjessimulator MercuryDPM. De studenten moesten hun simulaties ook gebruiken om de knikkereigenschappen te vinden die de snelste knikker opleverden. Om de beste knikker te ontwerpen, moesten ze de fundamentele wetenschap van knikkerbanen begrijpen.
Knikkerbaan ontwerpen
Een van de studenten die aan het project werkte was student werktuigbouwkunde Swen van den Heuvel. Hij ontwierp een knikkerbaan die knikkers kon filteren op stuiterbaarheid, grootte en massa. Hij kon zijn knikkerbaan simuleren met een gemiddeld verschil tussen echte en gesimuleerde baantijden van 7,2%, wat binnen de te verwachten experimentele meetfout ligt. "Vooral zeer elastische of stuiterende knikkers en niet ronde knikkers bleken moeilijk te simuleren", zegt Van den Heuvel. Hij kon de software vervolgens gebruiken om de optimale knikker te ontwerpen voor de snelste tijd op de knikkerbaan.
De knikkerbaan ontworpen door Swen van den Heuvel.
MercuryDPM
De ontwikkeling van de deeltjessimulator MercuryDPM staat onder leiding van Thornton en Weinhart en wordt ontwikkeld door vele universiteiten over de hele wereld. Hij is ontworpen om situaties te simuleren waarin je te maken hebt met miljoenen deeltjes. Je kunt bijvoorbeeld een nieuwe industriële mixer ontwerpen en vervolgens simuleren waar alle deeltjes naartoe gaan om de prestaties ervan te onderzoeken voordat je hem daadwerkelijk bouwt. "Om miljoenen deeltjes te kunnen simuleren, moesten we een aantal vereenvoudigingen doorvoeren. Maar we wisten niet hoe dit de simulatie van afzonderlijke deeltjes beïnvloedde", legt Thornton uit.
Toepassingen
Thornton en Weinhart wilden weten of het mogelijk was om losse deeltjes nauwkeurig te simuleren in hun simulator. Met zijn onderzoeksproject kon van den Heuvel dat aantonen. "Zijn resultaten betekenen dat onze simulator ook gebruikt kan worden om machines met enkelvoudige deeltjes te ontwerpen. Zoals de filters in verkoopautomaten die valse van echte munten proberen te onderscheiden.
Meer informatie
Swen van den Heuvel is bachelorstudent Werktuigbouwkunde. Prof. dr. Anthony Thornton en dr. Thomas Weinhart zijn respectievelijk adjunct hoogleraar en universitair hoofddocent in de onderzoeksgroep Multi Scale Mechanics (MSM; faculteit ET). Beiden zijn ook 'Featured Scientists'.
