Press Releases

What do car bumpers, the space shuttle and false teeth have in common? They are all made from special materials designed to meet the most demanding of specifications. MatSim GmbH, a young spin-off company of the ETH Zurich (Swiss Federal Institute of Technology), has developed a computer program that simulates the properties of high-performance composite materials before they even go into production.

Car bumpers have got what it takes! The right blend of materials ensures that they perform to the highest of standards in extreme conditions. In the event of an impact, for example, a car bumper has to be able to absorb as much energy as possible without distorting permanently or worse, splintering. Whether at -40°C in Alaska or at +60°C in the Sahara, it is imperative that the bumper does not expand more than the metal of the chassis, otherwise the car would bend. In aerospace applications like the space shuttle, conventional metal components are being replaced by lighter materials such as ceramics or plastics that are every bit as tough and stress-resistant as metals. And false teeth not only have to be very durable, they also have to be physically and aesthetically compatible with the person who has to wear them.

The virtual search for new materials
In principle, it is fairly easy to meet all these requirements if the right materials (metal, ceramic or plastic) are put together in the correct proportions. The resulting mixtures are usually not homogeneous structures, but so-called composites. Until now, composites tended to be made on a "try it and see" basis, i.e. different blends are first combined and then tested for suitability. But with the arrival of MatSim GmbH, a spin-off company set up by young researchers of the ETH Zurich (the famous Swiss Federal Institute of Technology) to put the materials of the future together on a computer, we can say goodbye to the trial and error method. These researchers have developed a mathematical process designed to introduce a far more systematic approach to the search for new composites. Named "Palmyra", the new software packet mixes together any number of material components of whatever type or form on the computer. The structure is then automatically divided up so that the properties of the material in each separate segment can be calculated. The properties of the material as a whole are then derived from the sum of the properties of the individual elements.

Commercial field trials underway
"Serious trials began in June 1999, when two companies started using the commercial version of "Palmyra". We are very confident that MatSim, and indirectly the ETH Zurich as well, will make a cutting-edge contribution with this software", concludes Albert Widmann, Director of MatSim. "Palmyra" is very environmentally-friendly, as it allows new materials to be designed first on computer screens. It also means less time is needed to develop these materials, which will obviously result in considerable cost savings. Indeed it is likely that with computer-aided materials design, we will soon have completely new materials that will bring tangible improvements to many areas of our lives - e.g. in transport, construction and medicine. So car drivers in rush-hour traffic won't be the only ones thanking those smart ETH researchers!

Reto Wilhelm/ETH Zurich

Qu'est-ce que les pare-chocs automobiles, le Space Shuttle et une prothèse dentaire ont en commun? Tous ces objets sont fabriqués dans des matériaux spéciaux qui doivent répondre aux exigences les plus élevées. MatSim GmbH, une nouvelle société Spin-Off de l'ETH Zurich a conçu un progiciel qui évalue les propriétés de matériaux composites hautement résistants avant même qu'ils ne soient fabriqués.

Les pare-chocs sont un exemple probant. Le mélange de matériaux adéquat leur permet de fournir des prestations de pointe dans des situations dangereuses. En cas de choc, un pare-chocs doit pouvoir absorber autant d'énergie que possible sans se déformer durablement ni se briser. Que ce soit à 40°C au-dessous de zéro en Alaska ou à plus 60°C dans le Sahara, le pare-chocs ne doit pas se dilater plus que le métal du châssis parce que sinon, la voiture se déformerait. Dans les objets volants, comme le Space Shuttle, les éléments métalliques habituels doivent être remplacés par des matériaux plus légers, comme la céramique ou les matières synthétiques, qui n'ont rien à envier aux métaux du point de vue robustesse et capacité de charge. Les prothèses dentaires, enfin, doivent non seulement avoir une capacité de charge élevée mais aussi être acceptées par l'organisme et par l'image de marque de la personne appareillée.

La recherche virtuelle de nouveaux matériaux
Ces exigences sont, en principe, faciles à remplir quand les matériaux adaptés (métal, céramique ou matière synthétique) sont correctement assemblés. La plupart du temps, il ne s'agit pas de structures homogènes mais de matériaux composites. Jusqu'à maintenant, ces composites étaient créés de manière expérimentale. On testait la compatibilité de divers mélanges. Mais cette méthode des essais et erreurs est désormais obsolète. De jeunes chercheurs de l'ETH Zurich ont fondé une société Spin-Off du nom de MatSim GmbH qui compose les matériaux du futur sur ordinateur. Ils ont développé une procédure mathématique qui leur permet de rechercher de nouveaux composites de manière plus systématique. Leur cheval de bataille s'appelle "Palmyra". Ce nouveau progiciel mélange à volonté un grand nombre de composants de matériaux sous n'importe quelle forme et de n'importe quel type sur un ordinateur. La structure est ensuite décomposée pour pouvoir calculer les propriétés du matériau dans chaque élément partiel. Le total des propriétés de chaque élément donne la propriété du matériau d'ensemble.

Essais commerciaux sur le terrain
"Depuis juin 1999, les choses sont devenues plus sérieuses: deux entreprises industrielles utilisent la version commerciale de "Palmyra". Nous sommes persuadés que MatSim et indirectement aussi l'ETH vont se retrouver au premier plan avec ce logiciel" déclare le chef d'entreprise Albert Widmann. "Palmyra" peut esquisser de nouveaux matériaux sur l'écran d'une manière respectueuse de l'environnement. Cela signifie une réduction de temps pour le développement de matériaux sans oublier les énormes réductions de coût. Il est prévisible que des matériaux entièrement nouveaux seront très prochainement créés à l'aide du design de matériaux assisté par ordinateur, qui entraîneront des améliorations notables dans de nombreux domaines, que ce soit les transports, la construction ou la technique médicale. Les automobilistes dans le trafic aux heures de pointe ne seront donc pas les seuls à être reconnaissants aux chercheurs ingénieux de l'ETH.

Reto Wilhelm/ETH Zurich