| --- |
| license: apache-2.0 |
| library_name: pytorch |
| thumbnail: "https://huggingface.co/maxbelCSRNW/microfludicsCSRNW/resolve/main/banner.png" |
| language: |
| - ru |
| - en |
| tags: |
| - scientific-machine-learning |
| - sciml |
| - pinn |
| - xpinn |
| - microfluidics |
| - microfluidic-design |
| - inverse-design |
| - uncertainty-quantification |
| --- |
| |
| # Модель проектирования микрофлюидных чипов V16.1 |
|
|
| Исследовательский MVP для расчёта и проектирования крупных микрофлюидных систем. |
| Модель сочетает точный сетевой расчёт, локальные PINN/XPINN-модули, анализ неопределённости и обратное проектирование. |
|
|
| В репозитории есть **два варианта запуска одной и той же модели**. |
|
|
| ## Быстрый выбор |
|
|
| ### `colab/` — Google Colab |
|
|
| Подходит для демонстрации и работы без настройки локального Python-окружения. |
|
|
| Основной файл: |
|
|
| `colab/microfluidic_sciml_v16_1.ipynb` |
|
|
| Откройте notebook в Google Colab и выполните основную ячейку. |
|
|
| ### `local/` — локальный запуск / VS Code |
|
|
| Подходит, если модель должна работать на компьютере пользователя. |
|
|
| ```bash |
| cd local |
| python -m venv .venv |
| pip install -r requirements.txt |
| python app.py |
| ``` |
|
|
| После запуска интерфейс откроется в браузере по адресу: |
|
|
| `http://127.0.0.1:8866` |
|
|
| ## Что рассчитывает модель |
|
|
| - гидравлику крупных сетей микроканалов; |
| - распределение расходов и давления; |
| - локальные числа Рейнольдса и напряжение сдвига; |
| - влияние технологических допусков и частичных закупорок; |
| - локальные потери в сложных элементах; |
| - параметры генерации капель для соответствующих архитектур; |
| - варианты геометрии при обратном проектировании. |
|
|
| Для специализированной древовидной архитектуры поддерживается расчёт до **65 536 выходов**. |
|
|
| ## Архитектура расчёта |
|
|
| ```text |
| геометрия и режим работы чипа |
| ↓ |
| точный сетевой расчёт |
| ↓ |
| поиск локально сложных элементов |
| ↓ |
| проверенный PINN / XPINN |
| ↓ |
| повторный точный расчёт всей сети |
| ↓ |
| неопределённость и проектирование |
| ↓ |
| локальный CFD только для сложных / OOD-случаев |
| ``` |
|
|
| Глобальный баланс массы и давления не передаётся нейронной сети: он решается детерминированным сетевым решателем. PINN используется как локальное физическое уточнение. |
|
|
| ## Режимы |
|
|
| ### Быстрый |
|
|
| Точный сетевой расчёт без PINN и DeepCFD. |
|
|
| ### С локальным уточнением PINN — рекомендуется |
|
|
| 1. Строится реальная геометрия чипа. |
| 2. Выполняется предварительный точный расчёт всей сети. |
| 3. Выбирается характерное повторяющееся сужение. |
| 4. Для него обучается локальный XPINN. |
| 5. PINN сравнивается с независимым эталоном. |
| 6. Только прошедшая допуск поправка переносится на сходные элементы. |
| 7. Вся сеть пересчитывается точным решателем. |
| 8. Рассчитываются неопределённость и показатели проектирования. |
|
|
| ### Расширенный — PINN + DeepCFD |
|
|
| К рекомендованному контуру добавляются открытая проверка и локальный оператор на данных DeepCFD. Этот режим тяжелее и предназначен прежде всего для исследовательской проверки многоуровневого расчёта. |
|
|
| ## Варианты архитектуры чипа |
|
|
| - распределительная сеть; |
| - перфузионный чип; |
| - массив генераторов капель; |
| - гибридная архитектура. |
|
|
| ## Что является PINN в этой модели |
|
|
| PINN не используется как универсальная замена CFD. |
|
|
| Основной PDE-PINN/XPINN решает локальную задачу для повторяющегося сужения. После независимой проверки локальная поправка включается в сетевой расчёт. |
|
|
| Для Т-образных генераторов предусмотрено отдельное physics-informed замыкание двухфазной задачи. |
|
|
| ## Проверка и открытые эталоны |
|
|
| В коде предусмотрены внутренние тесты физических балансов и внешний набор проверок. В исследовательском режиме могут использоваться открытые данные DeepCFD и DAFD. |
|
|
| Ссылки и DOI соответствующих источников закреплены непосредственно в исходном коде. |
|
|
| ## Ограничения |
|
|
| Текущая версия предназначена для ламинарных микрофлюидных систем и не заменяет полноценный трёхмерный CFD для сложного разрушения интерфейса, коалесценции, сильно выходящих за область применимости режимов смачивания, деформируемых стенок и других не включённых физических эффектов. |
|
|
| Модель следует рассматривать как исследовательский MVP и инструмент предварительного проектирования, а не как готовый производственный расчётный пакет. |
|
|
| Подробнее: [`MODEL_SCOPE.md`](MODEL_SCOPE.md). |
|
|
