Physique

MATLAB et Simulink pour la physique

Contrôle des expériences, acquisition et analyse des données, et comparaison avec des simulations

MATLAB® et Simulink® sont utilisés par des physiciens du monde entier pour réaliser des simulations à la fois exploratoires et exigeantes en termes de calcul. Avec son environnement de calcul matriciel, MATLAB est un outil privilégié pour le développement rapide de code destiné à la recherche en physique et la collaboration avec l'industrie. MATLAB et Simulink offrent également une solution intégrée pour la génération de code destiné au matériel de laboratoire, à l'acquisition de données, à la simulation et aux tests temps réels, à l'analyse de données et aux calculs évolutifs.

Les physiciens choisissent MATLAB et Simulink pour :

  • Intégrer des méthodes d'IA aux workflows pour analyser et visualiser des données
  • Faire fonctionner des accélérateurs de particules
  • Traiter les signaux reçus par les radiotélescopes et les détecteurs d'ondes gravitationnelles
  • Contrôler du hardware de « mini-labo »
  • Comparer les simulations et les données expérimentales
  • Enseigner la physique et partager leurs travaux avec d'autres physiciens

« Pour LIGO, nous avons utilisé MATLAB pour analyser les bruits fondamentaux qui limitent les performances des détecteurs d'ondes gravitationnelles, calculer la réponse optique de nos interféromètres et vérifier l'ensemble de la chaîne de contrôle… »

Matthew Evans, MIT

MATLAB et Simulink pour la physique

MATLAB et Simulink pour la physique en « mini-labo »

Les physiciens utilisent MATLAB et Simulink pour se connecter et contrôler du hardware de laboratoire (microscopes personnalisés par exemple), réaliser des analyses spectroscopiques, développer des capteurs améliorés par l'IA et analyser les données.

L'optimisation des opérations sur les matrices denses ou creuses permet le développement rapide de code pour la simulation de systèmes classiques et quantiques à n corps. Les mathématiques symboliques permettent des calculs en précision arbitraire.

Avec MATLAB et Simulink, les physiciens peuvent :

  • Générer automatiquement du code HDL et C/C++ pour la connectivité au hardware, et utiliser du code C/C++ dans MATLAB
  • Contrôler et acquérir des données en temps réel à partir du hardware et des instruments
  • Déployer les calculs sur des clusters pour les données Big Data ou les calculs exigeants
  • Partager du code avec des interfaces graphiques et des live scripts intuitifs
  • Accélérer des analyses d'IA et autres analyses intensives en calcul sur des GPU
  • Étendre les calculs aux clusters et clouds avec MATLAB Parallel Server™
  • Enseigner la physique avec un programme de cours interactif

MATLAB et Simulink pour la physique dans les « grands labos »

MATLAB et Simulink permettent le prototypage rapide et la modélisation de systèmes de contrôle temps réel pour les expériences de grande ampleur comme LIGO. La lisibilité du code et la rétrocompatibilité de MATLAB sont des caractéristiques particulièrement intéressantes pour mener des collaborations avec de nombreux partenaires et à long terme.

Les spécialistes des accélérateurs utilisent MATLAB pour contrôler les synchrotrons et les accélérateurs linéaires dans le monde entier. Ils l'utilisent également pour suivre les faisceaux de particules et comparer le comportement des faisceaux avec des résultats issus de simulations. MATLAB et certaines toolboxes conçues par des membres de la communauté des physiciens, spécialistes des accélérateurs de particules, offrent un système de prototypage et de déploiement rapide, éprouvé dans le monde entier.

Avec MATLAB et Simulink, les physiciens et ingénieurs peuvent :

  • Concevoir des modules de filtrage améliorés par l'IA pour la suppression du bruit et le traitement du signal
  • Éliminer les temps d'arrêt imprévus de ces "grosses machines"
  • Interagir avec le hardware avec des scripts intuitifs et des interfaces graphiques
  • Utiliser la génération de code pour les PLC, FPGA et ASIC
  • Concevoir des systèmes de contrôle
  • Passer facilement de la simulation sur PC aux tests temps réel avec Simulink Real-Time™ et Speedgoat

MATLAB pour la physique médicale

Les physiciens médicaux utilisent MATLAB comme plateforme unifiée pour la planification des traitements, particulièrement utile pour l'enseignement et la recherche. Avec MATLAB, les radiothérapeutes peuvent s'appuyer sur des outils de labellisation semi-automatiques qui facilitent l'intégration des méthodes d'IA dans les workflows, pour des applications comme la radiothérapie guidée par l'image.

Avec MATLAB et les toolboxes de la communauté, les physiciens médicaux peuvent :

  • Produire des plans de traitement cliniquement précis
  • Prévoir une radiothérapie modulée en intensité pour des modalités de traitements multiples
  • Prétraiter et exporter des données pour entraîner des modèles d'auto-segmentation de Deep Learning, en commençant par des formats de fichiers DICOM ou autres
  • Entraîner des modèles de Deep Learning utilisant des images multicanal avec diverses transformations et méthodes de génération de canaux d'images
  • Réaliser des simulations acoustiques et ultrasonores dans le domaine temporel dans des milieux complexes et tissulaires