Modelagem computacional

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Modelagem computacional é uma área de conhecimento multidisciplinar que trata da aplicação de modelos matemáticos e técnicas da computação à análise, compreensão e estudo da fenomenologia de problemas complexos em áreas tão abrangentes quanto as engenharias, ciências exatas, biológicas, humanas, economia e ciências ambientais.

A modelagem computacional é a área que trata da simulação de soluções para problemas científicos, analisando os fenômenos, desenvolvendo modelos matemáticos para sua descrição, e elaborando códigos computacionais para obtenção daquelas soluções. É área em expansão, de ampla aplicação, em:

desenvolvimento de produtos industriais,
pesquisas científicas básicas e aplicadas,
simulações e previsões temporais e espaciais de fenômenos,
matemática, física, química,
engenharia e tecnologia,
biologia e saúde,
meio ambiente e ecologia,
oceanografia e geofísica, dentre outras.
Algumas áreas de atividade econômica que auferem benefícios da modelagem computacional são:

Agroindústria,
Medicina,
Construção civil e estruturas,
Aeronáutica, engenharia naval e indústria automobilística,
Hidráulica
Engenharia Hidráulica
Engenharia de Petróleo, Engenharia de Reservatório, Elevação de Petróleo, Geofísica e Petrofísica
Sedimentologia
Mecânica dos fluidos
Indústria do petróleo e petroquímica, entre outras áreas de aplicação.

A sofisticação dos problemas com que a humanidade tem se deparado nas últimas décadas, em áreas tão diversas como as megaestruturas e a mecânica do contínuo, a nanotecnologia, a genômica e a bioinformática, a computação quântica, a ecologia, e a astrofísica, em novos materiais e em desenvolvimento sustentado, a título de exemplo, nos apresenta exigência de respostas exponencialmente mais complexas com relação àquelas que precisamos gerar no passado, apresentando para a ciência e para a comunidade científica um desafio: a necessidade de obtenção de resposta cada vez mais sofisticadas, objetivando tratar aquela complexidade, em tempo sucessivamente menor e por meio de solução de problemas complexos.

Problemas complexos

 
Problemas complexos, ou de grande grau de complexidade, resultam em inflação da quantidade de variáveis físicas a manipular e controlar no processo de estabelecimento do problema, estabelecimento de hipóteses para o modelo, proposição de teorias, postulados e teoremas, guias para a busca de solução do problema, controle, aferimento e aproximação da solução. Usualmente problemas complexos demandam forte esforço de cálculo, a partir do estabelecimento de modelos matemáticos robustos ou do estabelecimento de teias de relações entre variáveis em diversas escalas de observação, desde a nano, passando pela micro, até o macro. O eixo de estabelecimento do modelo de solução de problemas complexos tem sido a observação do problema, de sua fenomenologia e a concepção do modelo físico e do modelo fenomenológico que antecede o desenvolvimento do modelo matemático, desenvolvimento do sistema de equações que regem o problema, e sua solução computacional mediante um código apropriado. O estabelecimento desta concepção de tratamento e abordagem de problemas complexos em ciência, bem como de sua solução a partir deste modelo, considerando uma diversidade de modelos qualitativos, e sobretudo modelos quantitativos, em abordagem numérica usualmente computacional, busca assim superar a incerteza na trajetória de evolução do problema sob análise, e sobre as variáveis do problema.

Modelos matemáticos estabelecidos a partir de modelos fenomenológico, recaem em sistemas de equações diferenciais parciais ou de equações diferenciais ordinárias de elevado número de incógnitas, demandando forte esforço computacional na sua solução. A aproximação das soluções dessas equações por procedimentos numéricos tornou-se necessária à medida que as ciências ambientais, engenharias, tecnológicas e as ciências niológicas e da saúde avançavam no sentido da satisfação das necessidades humanas.

Abordagem de soluções

A abordagem computacional é a adotada na modelagem computacional. Trata-se de área Interdisciplinar para o estabelecimento de modelos, com adoção de formulações matemáticas na solução de problemas científicos em estreita aliança e integração com as linhas de pesquisa que definem as áreas de conhecimento associadas aos problemas complexos. Os resultados projetados oferecem uma metodologia para a determinação, no tempo e no espaço do impacto de intervenções humanas, como por exemplo no desmatamento de mata nativa e implantação de indústrias, com base no conhecimento do fluxo das substâncias ou materiais envolvidos nas emissões industriais e no transporte destas no ambiente, das taxas de acumulação nas áreas de influência e projeção dos efeitos sobre as populações afetadas.

Tal abordagem compõe a área de modelagem computacional, na interface com as engenharias, a matemática computacional, a física computacional, e com a computação científica, pertinente á abordagem de soluções para problemas complexos, pertinente à mecânica do contínuo. Na modelagem computacional os problemas tratam de elevado número de variáveis, propondo-se a adoção de métodos numéricos de tratamento do problema, associado à ferramenta computacional, e às técnicas de programação avançadas, adequadas à otimização da busca das soluções dos problemas complexos. Tal procedimento é adequado tanto a meios contínuos, homogêneos como heterogêneos, bem como a sistemas discretos, determinísticos e probabilísticos, incorrendo em menor custo computacional.

Veja mais sobre o tema em: https://pt.wikipedia.org/wiki/Modelagem_computacional

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