M3-VILLAGE (Molecules, Materials, nanoMedicine - Virtual Integrated Laboratory for Large-scale Applications in a Geographically distributed Environment)

Gli obiettivi di M3-VILLAGE

Lo scopo primario di M3-VILLAGE è la creazione di una dorsale di riferimento per lo sviluppo di attività di ricerca e costituzione di una griglia computazionale ad alte prestazioni distribuita sul territorio nazionale e dedicata al calcolo per la scienza dei materiali, le scienze molecolari e la nanomedicina.

M3-VILLAGE si propone di coordinare le competenze teoriche e computazionali disponibili presso le diverse unità di ricerca (Pisa, Padova, Napoli, Trieste, Milano Bicocca, Modena e Reggio Emilia, Sassari, Calabria, Perugia). È fondamentale a tale fine disporre di piattaforme di calcolo specificamente indirizzate allo sviluppo e alla gestione di software dedicato, con precipue caratteristiche tecniche ad alte prestazioni.

La disponibilità, all’interno del Network, di risorse software e di competenze scientifiche differenziate e complementari, consente di realizzare complesse integrazioni fra i diversi approcci computazionali, al fine di descrivere in modo realistico le varie scale spazio-temporali tipiche delle problematiche chimiche della ricerca di base e applicata. In pratica, infatti, le competenze di M3-VILLAGE coprono l’intero ambito della chimica computazionale, sia dal punto di vista degli sviluppi metodologici che delle applicazioni innovative, con particolari punte di eccellenza in:

  • Metodi quantistici (teoria del funzionale della densità)
  • Metodi misti (meccanica molecolare + meccanica quantistica)
  • Simulazioni atomistiche Monte Carlo e di dinamica molecolare
  • Simulazioni coarse-grained per nano e microscala
  • Simulazioni macroscopiche mediante elementi finiti e volumi finiti
  • Approcci statistici per integrazione e razionalizzazione di dati
  • Calcolo di proprietà meccaniche, ottiche, elettroniche e magnetiche di nanostrutture e materiali compositi

Fra le prospettive di M3-VILLAGE rientra la creazione di una dorsale di riferimento per una griglia computazionale ad alte prestazioni distribuita sul territorio nazionale e dedicata al calcolo per la scienza dei materiali. In termini più specifici, lo sviluppo dell’ambiente di griglia è pianificato secondo il seguente schema:

  • Determinazione delle strategie computazionali generali. L’approccio multiscala che intendiamo realizzare comprende: i) metodi ab initio multigrid basati sul DFT; ii) metodi misti QM/MM, che includano sia metodi di dinamica molecolare che Monte Carlo; iii) Atom centered Density Matrix Propagation, basata su orbitali atomici in gaussiane localizzate, per ottenere dinamiche ab initio, e confronto con gli schemi Car-Parrinello (basati su orbitali atomici in onde piane); iv) simulazioni coarse-grained per l’interpretazione di proprietà dei materiali su scala nanometrica e micrometrica
  • Selezione dei programmi per la modellizzazione, e costruzione di interfacce user-friendly, in grado in particolare di assistere gli utenti nella selezione del livello di descrizione appropriato per il sistema, e di interconvertire i formati di input e output di tutti i programmi interconnessi
  • Realizzazione di attrezzature integrate di calcolo locali, in quanto nodi di base di una “grid computazionale per le nanoscienze”. Questioni di fondo, quali la interoperatività, la eterogeneità delle risorse (cluster ad alte prestazioni, cluster Linux, macchine grafiche), la definizione di uno standard per lo scambio di dati, verranno affrontate con in mente le esigenze specifiche dei ricercatori nell’area delle scienze e tecnologie dei materiali

M3-VILLAGE opera come struttura portante di progetti specifici nell’ambito della scienza e ingegneria dei materiali, delle scienze molecolari e delle problematiche bio/nanomedicali. Le attività dedicate a ogni area tematica sono coordinate da uno dei nodi primari di M3-VILLAGE, eventualmente coadiuvato da uno o più dei nodi associati:

  • Cluster Sviluppo e Scienze Molecolari: Pisa (nodo primario); Sassari, Perugia, (nodi associati)
  • Cluster Scienza e Tecnologia dei Materiali: Padova (nodo primario); Trieste, Milano Bicocca (nodi associati)
  • Cluster Biosistemi e Nanomedicina: Napoli (nodo primario); Modena e Reggio Emilia, Calabria (nodi associati)

Tale suddivisione di massima è ovviamente suscettibile di rimodulazione a seconda delle specificità tecnico-scientifiche di ciascun singolo progetto.

Il Network si configura insomma come una struttura agile, aperta all’innovazione, e in grado di intercettare con tempestività le opportunità di investimento e sviluppo del settore del calcolo scientifico e tecnologico in ambito nazionale e internazionale. Saranno pertanto considerati come prioritari gli aspetti relativi alla comunicazione e disseminazione delle attività del Network, mediante i consueti strumenti (sito web dedicato, partecipazione a blog, creazione di forum informatici, contributi video e multimediali).

Saranno perciò istituiti working groups dedicati, formati da tre/quattro afferenti al Network per la cura di attività contingenti (iniziative per l’immagine accademica del Network, gestione di conferenze, scuole, workshops, ecc.) o permanenti come lo sviluppo di relazioni industriali e istituzionali (contatti con realtà industriali, sponsor privati o istituzionali) pubblicità e outreach (gestione del sito web del Network, circolazione delle notizie sia all’interno del Network che verso altri enti nazionali e internazionali con interessi CST).

Questa politica di internazionalizzazione può fra l’altro avvantaggiarsi della partecipazione di numerosi membri del Network all’azione COST CODECS, coordinata da Vincenzo Barone e dedicata alla spettroscopia computazionale, come anche della recente attivazione di un nodo Italiano del CECAM presso la Scuola Normale di Pisa. Sono inoltre già attive numerose collaborazioni con la piattaforma computazionale di IIT, che ha nodi a Napoli e a Pisa presso la SNS.


Il Coordinatore e le UdR coinvolte


Cosa può offrire M3-VILLAGE all'industria


La dotazione strumentale di M3-VILLAGE

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