MATLAB e Simulink per la fisica

Controllo di esperimenti, acquisizione e analisi di dati e confronto con le simulazioni

Gli esperti di fisica di tutto il mondo si affidano a MATLAB® e Simulink® per eseguire simulazioni esplorative e computazionalmente onerose. L’ambiente di calcolo orientato alle matrici rende MATLAB una scelta naturale per lo sviluppo rapido di codice, alla ricerca di una nuova fisica e di una collaborazione con l’industria. MATLAB e Simulink forniscono inoltre un approccio integrato per la generazione di codice hardware, l’acquisizione dati, la simulazione e il test in tempo reale, l’analisi dei dati e i calcoli scalabili.

Gli esperti di fisica scelgono MATLAB e Simulink per:

  • Integrare i metodi IA con i workflow per l’analisi e la visualizzazione dei dati
  • Eseguire acceleratori di particelle
  • Elaborare i segnali ricevuti da radiotelescopi e rilevatori di onde gravitazionali
  • Controllare una varietà di hardware per “piccoli laboratori”
  • Confrontare le simulazioni con dati sperimentali
  • Insegnare concetti di fisica e condividere il lavoro con altri esperti

“Per LIGO, abbiamo utilizzato MATLAB per analizzare i principali disturbi che limitano le prestazioni del rilevatore di onde gravitazionali, calcolare la risposta ottica dei nostri interferometri e verificare l’intera catena di controllo...”

Matthew Evans, MIT

Utilizzo di MATLAB e Simulink per la fisica

MATLAB e Simulink per la fisica in “piccoli laboratori”

Gli esperti di fisica utilizzano MATLAB e Simulink per controllare e connettersi all’hardware del laboratorio, come microscopi personalizzati, eseguire varie analisi spettroscopiche, sviluppare sensori potenziati mediante IA e analizzare dati.

Le operazioni altamente ottimizzate su matrici dense e sparse sono convenienti per un rapido sviluppo del codice per simulare sistemi classici e sistemi quantistici a più corpi. La matematica simbolica consente di effettuare calcoli con precisione arbitraria.

Con MATLAB e Simulink, gli esperti di fisica sono in grado di:

  • Generare automaticamente codice HDL e C/C++ per la connettività hardware e utilizzare il codice C/C++ all’interno di MATLAB
  • Controllare e acquisire dati in tempo reale da hardware e strumenti
  • Implementare calcoli su cluster per big data o calcoli complessi
  • Condividere i codici utilizzando live script e GUI intuitivi
  • Accelerare l’IA e altre analisi computazionalmente onerose su GPU
  • Scalare i calcoli su cluster e Cloud utilizzando MATLAB Parallel Server™
  • Insegnare concetti di fisica utilizzando corsi interattivi

MATLAB e Simulink per la fisica in “grandi laboratori”

MATLAB e Simulink consentono la prototipazione rapida e la modellazione di sistemi di controllo in tempo reale per grandi esperimenti, come LIGO. La leggibilità del codice e la compatibilità con le versioni precedenti sono caratteristiche particolarmente interessanti di MATLAB per grandi collaborazioni a lungo termine.

Gli esperti di fisica degli acceleratori utilizzano MATLAB per controllare i sincrotroni e i Linac in tutto il mondo. Con MATLAB, inoltre, monitorano i fasci di particelle e confrontano il comportamento dei fasci con le versioni simulate. MATLAB e alcuni toolbox della community, scritti dagli esperti di fisica degli acceleratori, forniscono un sistema di prototipazione e distribuzione rapida, ampiamente testato in tutto il mondo.

MATLAB e Simulink consentono a fisici e ingegneri di:

  • Progettare moduli di filtro potenziati mediante IA per la soppressione del rumore e l’elaborazione di segnali
  • Eliminare i tempi di fermo non programmati di “grandi macchine”
  • Interagire con l’hardware utilizzando ambienti di scripting e GUI intuitivi
  • Utilizzare la generazione di codice per PLC, FPGA e ASIC
  • Progettare sistemi di controllo
  • Passare senza problemi dalla simulazione su desktop ai test in tempo reale con Simulink Real-Time™ e Speedgoat

MATLAB per la fisica medica

Gli esperti di fisica medica usano MATLAB come piattaforma unificata per la pianificazione del trattamento, particolarmente utile per la formazione e la ricerca. Con MATLAB, i radioterapisti sono in grado di utilizzare strumenti di etichettatura semiautomatici che facilitano l’integrazione dei metodi di IA nei workflow per applicazioni come la radioterapia guidata dalle immagini.

Con MATLAB e i toolbox della community, gli esperti di fisica medica sono in grado di:

  • Realizzare programmi di trattamento clinicamente accurati
  • Pianificare la radioterapia a intensità modulata per più modalità
  • Pre-elaborare ed esportare i dati per addestrare modelli di auto-segmentazione di deep learning, a partire da DICOM o altri formati di file
  • Addestrare modelli di deep learning utilizzando immagini multicanale attraverso varie trasformazioni e metodi di popolamento dei canali di immagine
  • Eseguire simulazioni acustiche e ultrasoniche nel dominio del tempo in mezzi complessi e di modellazione realistica di tessuti