Полимерные композиционные материалы на сегодняшний день все больше вытесняют традиционные материалы, такие как металлы, в самых различных сферах. Вместе с тем, проектирование этих материалов в производстве в большой степени пока еще ведется без использования методов компьютерного моделирования. Фактически применяется метод проб и ошибок. Это снижает обоснованность проектов и приводит к неоправданному росту времени и затрат. В определенной степени данная ситуация объясняется сложностью задачи прогнозирования свойств таких материалов на основании их структуры и состава, а также технологии их изготовления. Время эксплуатации типичного изделия из полимерного композита, такого, например, как деталь самолета, корабля или автомобиля исчисляется годами. При этом свойства данного материала формируются на атомно-молекулярном уровне элементов его структуры. Характерные временные масштабы атомно-молекулярных процессов составляют пикосекунды, то есть 10-12 с. Для того, чтобы спрогнозировать свойства изделия из полимерного композита, жизненный цикл которого составляет, например, 108 с, нам нужно иметь теорию, которая могла бы предсказывать протекание процессов, занимающих более 20 десятичных порядков по шкале времени. Чтобы почувствовать, насколько велик этот масштаб, можно взять за единицу масштаба времени 1 год, и вспомнить, что возраст Вселенной по современным представлениям составляет всего 13,8 миллиардов лет, то есть временной масштаб эволюции данного процесса занимает лишь чуть более 10 десятичных порядков. Понятно, что ресурсов всех компьютеров земли не хватит, если мы попытаемся решать задачу динамики процессов на столь большом временном масштабе «в лоб». В связи с этим физиками был изобретен подход, который называется «многомасштабным моделированием», иногда также называемый «многоуровневым моделированием». Суть данного метода состоит в том, что для описания столь длительных процессов мы используем одновременно теории, основанные на различных физических принципах: с помощью квантовой механики описываем структуру атомов и молекул, динамику диффузионных процессов моделируем с помощью уравнений классической механики Ньютона, а свойства всего изделия описываем методами механики сплошной среды Эйлера и Лагранжа. Метод многомасштабного моделирования оказывается применим в самых различных областях, в том числе и в биологии. Не случайно Нобелевская премия – 2013 по химии была присуждена «за развитие моделей комплексных химических систем» австрийцу Мартину Карплюсу, израильтянину Ари Уоршелу и британцу Майклу Левитту именно за использование методов многомасштабного моделирования в биохимии, в ходе которого авторы совмещали квантово-химические расчеты с методами, основанными на моделях классической механики. Метод многомасштабного моделирования лежит в основе теоретических моделей, используемых в наших проектах, направленных на оптимизацию составов полимерных нанокомпозитов и технологических процессов их получения и переработки. Важность этой проблемы в РФ подчеркивается различными правительственными документами, в частности в Указе Президента Российской Федерации № 899 от 7 июля 2011 года Компьютерное моделирование наноматериалов, наноустройств и нанотехнологий относится к числу критических технологий Российской Федерации, а Переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создание систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта является важнейшим направлением Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации, что отмечается Указом Президента Российской Федерации от 1 декабря 2016 г. № 642 «О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации». В работах, проводимых учеными Ярославского государственного технического университета, созданы компьютерные программы и методики моделирования, основанные на идее многомасштабного моделирования, позволяющие существенно продвинуться в области прогнозирования эксплуатационных свойств полимерных нанокомпозитов, а также оптимизации их состава и технологии промышленного изготовления. Внедрение этих методов в практику осуществляется в сотрудничестве с Российскими индустриальными партнерами ЯГТУ, занимающихся созданием изделий на основе данных материалов, потенциально данные разработки могли бы представлять интерес и для зарубежных предприятий. В планах развития рассматриваемого направления лежит применение созданных методов к новым объектам и задачам, в том числе к покрытиям на основе полимерных нанокомпозитов, к биологическим объектам, к полимерным материалам со специальными свойствами, применяемым в космической отрасли.