nanoHUB.org es una pasarela de ciencia e ingeniería que comprende recursos aportados por la comunidad y está orientada a la educación, la creación de redes profesionales y las herramientas de simulación interactivas para la nanotecnología . [1] Financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (NSF), es un producto de la Red de Nanotecnología Computacional (NCN). NCN apoya los esfuerzos de investigación en nanoelectrónica ; nanomateriales ; sistemas nanoelectromecánicos (NEMS); nanofluidos ; nanomedicina , nanobiología ; y nanofotónica .
Tipo de sitio | Apoyo a la investigación científica |
---|---|
URL | www |
Comercial | No |
Lanzado | 2002 |
Historia
La Red de Nanotecnología Computacional se estableció en 2002 [2] para crear un recurso para la nanociencia y la nanotecnología a través de servicios en línea para la investigación, la educación y la colaboración profesional. Inicialmente una iniciativa de varias universidades de ocho instituciones miembros, incluidas la Universidad Purdue , la Universidad de California en Berkeley , la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign , el Instituto de Tecnología de Massachusetts , la Fundición Molecular en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley , la Universidad Estatal de Norfolk , la Universidad Northwestern , y la Universidad de Texas en El Paso , NCN ahora opera completamente en Purdue.
La Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU . (NSF) otorgó subvenciones de aproximadamente $ 14 millones desde 2002 hasta 2010, con el investigador principal Mark S. Lundstrom . [3] Desde 2007 se han otorgado subvenciones continuas de la NSF de los Estados Unidos con el investigador principal Gerhard Klimeck y el co-investigador principal Alejandro Strachan , con una financiación total de más de 20 millones de dólares. [4]
Recursos
El portal web de NCN es nanoHUB.org y es una instancia de un hub HUBzero . Ofrece herramientas de simulación, materiales de curso, conferencias, seminarios, tutoriales, grupos de usuarios y reuniones en línea. [5] [6] Las herramientas de simulación interactivas son accesibles desde navegadores web y se ejecutan a través de una red informática distribuida en Purdue University , así como TeraGrid y Open Science Grid . Estos recursos son proporcionados por cientos de colaboradores miembros de la comunidad de nanociencias. [7]
Tipos de recursos principales: [8]
- Herramientas de simulación interactivas para nanotecnología y campos relacionados.
- Currículos de los cursos para educadores
- Noticias y eventos de nanotecnología
- Conferencias, podcasts y materiales de aprendizaje en múltiples formatos.
- Seminarios online
- Talleres online
- Grupos de Usuarios
- Salas de reuniones grupales en línea
- Espacios de trabajo virtuales de Linux que facilitan el desarrollo de herramientas dentro de una máquina Linux en el navegador
Herramientas de simulación
El nanoHUB proporciona herramientas de simulación en el navegador orientadas a la nanotecnología, la ingeniería eléctrica, la ciencia de los materiales, la química y la educación en semiconductores. Las simulaciones nanoHUB están disponibles para los usuarios como herramientas independientes y como parte de un plan de estudios estructurado de enseñanza y aprendizaje que incluye numerosas herramientas. Los usuarios pueden desarrollar y contribuir con sus propias herramientas para la implementación en vivo.
Entre los ejemplos de herramientas se incluyen: [9]
- SCHRED
- calcula las funciones de onda de la envolvente y las energías de estado ligado correspondientes en una estructura típica de metal-óxido-semiconductor (MOS) o semiconductor-óxido-semiconductor (SOS) y una estructura típica de SOI resolviendo de manera autoconsistente la ecuación de Poisson unidimensional (1D) y la ecuación de Schrödinger 1D .
- Laboratorio de puntos cuánticos
- calcula los estados propios de una partícula en una caja de varias formas, incluidas cúpulas y pirámides.
- Herramienta Monte Carlo a granel
- calcula los valores generales de la velocidad de deriva de los electrones , la energía promedio de los electrones y la movilidad de los electrones para los campos eléctricos aplicados en dirección cristalográfica arbitraria en los materiales de la columna 4 (Si y Ge) y III-V (GaAs, SiC y GaN).
- Visor de cristal
- ayuda a visualizar varios tipos de celosías , planos e índices de Miller de Bravais necesarios para muchos cursos de material, electrónica y química. También se pueden ver grandes sistemas a granel para diferentes materiales (silicio, InAs, GaAs, diamante, grafeno, Buckyball ) con esta herramienta.
- Laboratorio de estructura de banda
- calcula y visualiza las estructuras de bandas de semiconductores a granel, películas delgadas y nanocables para diversos materiales, orientaciones de crecimiento y condiciones de deformación. Los parámetros físicos como la banda prohibida y la masa efectiva también se pueden obtener a partir de las estructuras de bandas calculadas.
- Kit de herramientas de simulación de nano-materiales
- utiliza dinámica molecular para simular materiales a escala atómica.
- Cálculos DFT con Quantum ESPRESSO
- utiliza la teoría funcional de la densidad para simular la estructura electrónica de los materiales.
Infraestructura
Kit de herramientas de raptura
El kit de herramientas Rappture (Infraestructura de aplicación rápida) proporciona la infraestructura básica para el desarrollo de una gran clase de aplicaciones científicas, lo que permite a los científicos centrarse en su algoritmo central. Lo hace de una manera neutral en cuanto al lenguaje, por lo que uno puede acceder a Rappture en una variedad de entornos de programación, incluidos C / C ++, Fortran y Python. Para usar Rappture, un desarrollador describe todas las entradas y salidas del simulador, y Rappture genera una interfaz gráfica de usuario (GUI) para la herramienta automáticamente. [10]
Cuadernos Jupyter
Para complementar las herramientas GUI de Rappture existentes dentro de nanoHUB, las computadoras portátiles Jupyter más recientes basadas en navegador también están disponibles en nanoHUB, desde 2017. Jupyter en nanoHUB ofrece nuevas posibilidades utilizando el software científico existente, y más notablemente todas las herramientas Rappture, dentro de nanoHUB con las computadoras portátiles de código intercalado (por ejemplo , Python , texto y multimedia.
Espacios de trabajo
Un espacio de trabajo es un escritorio Linux en el navegador que brinda acceso al kit de herramientas Rappture de NCN, junto con los recursos computacionales disponibles en las redes NCN, Open Science Grid y TeraGrid. Se pueden utilizar estos recursos para realizar investigaciones o como un área de desarrollo para nuevas herramientas de simulación. Uno puede cargar código, compilarlo, probarlo y depurarlo. Una vez que el código se prueba y funciona correctamente en un espacio de trabajo, se puede implementar como una herramienta activa en nanoHUB.
Un usuario puede usar herramientas normales de Linux para transferir datos dentro y fuera de un espacio de trabajo. Por ejemplo, sftp [email protected] establecerá una conexión con un recurso compartido de archivos nanoHUB. Los usuarios también pueden utilizar el soporte WebDAV integrado en los sistemas operativos Windows, Macintosh y Linux para acceder a sus archivos nanoHUB en un escritorio local.
Middleware
El servidor web utiliza un demonio para retransmitir dinámicamente las conexiones VNC entrantes al host de ejecución en el que se está ejecutando una sesión de aplicación. En lugar de usar el enrutador del puerto para configurar un canal separado mediante el cual se realiza una operación de importación o exportación de archivos, usa VNC para activar una acción en el navegador que transmite una transferencia de archivos a través del servidor web nanoHUB principal. La principal ventaja de consolidar estas capacidades en el servidor web es que limita el punto de entrada al nanoHUB a una dirección: www.nanohub.org. Esto simplifica el modelo de seguridad y reduce la cantidad de certificados de seguridad independientes para administrar.
Una desventaja de consolidar la mayoría de las comunicaciones a través del servidor web es la falta de escalabilidad cuando los usuarios individuales transfieren demasiados datos. Para evitar un atasco de tráfico en la red, el servidor web se puede replicar y agrupar en un solo nombre mediante la selección por turnos de DNS.
Los hosts de ejecución backend que admiten Maxwell pueden funcionar con sistemas Unix convencionales , máquinas virtuales Xen y una forma de virtualización basada en OpenVZ . Para cada sistema, se inicia previamente un servidor VNC para cada sesión. Cuando se usa OpenVZ, ese servidor VNC se inicia dentro de un contenedor virtual. Los procesos que se ejecutan en ese contenedor no pueden ver otros procesos en el sistema físico, ver la carga de CPU impuesta por otros usuarios, dominar los recursos de la máquina física o realizar conexiones de red salientes. Al anular selectivamente las restricciones impuestas por OpenVZ, es posible sintetizar un entorno completamente privado para cada sesión de la aplicación que el usuario puede utilizar de forma remota. [11]
Uso
La mayoría de los usuarios provienen de instituciones académicas que utilizan nanoHUB como parte de sus actividades de investigación y educación. Los usuarios también provienen de laboratorios nacionales y de la industria privada. Como recurso científico, nanoHUB fue citado cientos de veces en la literatura científica, alcanzando su punto máximo en 2009. [12] [13] Aproximadamente el sesenta por ciento de las citas provienen de autores no afiliados a la NCN. Más de 200 de las citas se refieren a la investigación en nanotecnología, y más de 150 de ellas citan el uso de recursos concretos. Veinte citas elaboran sobre el uso de nanoHUB en la educación y más de 30 se refieren a nanoHUB como un ejemplo de ciberinfraestructura nacional. [ cuando? ]
nanoHUB-U
La iniciativa del curso en línea nanoHUB-U se desarrolló para permitir a los estudiantes estudiar una materia en un marco de cinco semanas aproximadamente equivalente a una clase de 1 crédito. No se otorga crédito: las pruebas y los exámenes son simples y están destinados a ayudar al aprendizaje en lugar de ser pruebas rigurosas para las habilidades adquiridas. Con el espíritu de una universidad de investigación, los cursos nanoHUB-U tienen como objetivo traer nuevos avances y comprensión de la investigación al plan de estudios; Además, la simulación (a menudo de nanoHUB) se incluye en gran medida en los cursos. Se hace todo lo posible para presentar los cursos de una manera que sea accesible para los estudiantes graduados principiantes con una variedad de antecedentes diferentes con un número mínimo de requisitos previos. El curso ideal de nanoHUB-U es accesible para cualquier estudiante con una licenciatura en ingeniería o ciencias físicas. Los cursos incluyen nanoelectrónica, materiales a nanoescala y caracterización a nanoescala. Los cursos nanoHUB-U ahora son parte de edX .
Ver también
- Informática de materiales
- Ingeniería de materiales computacionales integrada
- Modelado multiescala
Referencias
- ^ Sebastien Goasguen; Krishna Madhavan; David Wolinsky; Renato Figueiredo; Jaime Frey; Alain Roy; Paul Ruth; Dongyan Xu (2008). "Estrategias de implementación e integración de middleware para ciberinfraestructuras". Avances en Grid y Computación Pervasive . Apuntes de conferencias en Ciencias de la Computación . 5036 . págs. 187–198. doi : 10.1007 / 978-3-540-68083-3_20 . ISBN 978-3-540-68081-9.
- ^ Gerhard Klimeck , Michael McLennan, Sean P. Brophy, George B. Adams III, Mark S. Lundstrom (septiembre-octubre de 2008). "nanoHUB.org: promoción de la educación y la investigación en nanotecnología" . Computación en ciencia e ingeniería . Sociedad de Informática IEEE. 10 (5): 17-23. doi : 10.1109 / MCSE.2008.120 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ "Red de Nanotecnología Computacional" . Premio Abstract # 0228390 . Fundación Nacional de Ciencia. 10 de septiembre de 2002 . Consultado el 19 de septiembre de 2011 .
- ^ "Red de Plataforma Cibernética de Nanotecnología Computacional" . Premio Abstract # 1227110 . Fundación Nacional de Ciencia. 20 de noviembre de 2012 . Consultado el 6 de febrero de 2019 .
- ^ "nanoHUB.org" . Consultado el 8 de octubre de 2014 .
- ^ "El mundo virtual es signo de futuro para científicos, ingenieros" . Comunicado de prensa . Ciencia diaria. 18 de julio de 2008 . Consultado el 19 de septiembre de 2011 .
- ^ "Colaboradores" . Sitio web oficial de nanoHUB.org . Consultado el 19 de septiembre de 2011 .
- ^ Diana G. Oblinger (agosto de 2007). "nanoHUB" (PDF) . Documento ELI 7 . Iniciativa de aprendizaje Educause . Archivado desde el original (PDF) el 5 de octubre de 2011 . Consultado el 19 de septiembre de 2011 .
- ^ "nanoFORGE: Herramientas disponibles" . sitio web nanoHUB . Consultado el 19 de septiembre de 2011 .
- ^ "infraestructura: rappture" . Consultado el 8 de octubre de 2014 .
- ^ Sebastien Goasguen (2007). "Arquitectura de cuadrícula para comunidades científicas". Entornos de resolución de problemas basados en cuadrículas . IFIP la Federación Internacional para el Procesamiento de la Información. 239 . Federación Internacional de Procesamiento de la Información. pag. 397. doi : 10.1007 / 978-0-387-73659-4_23 . ISBN 978-0-387-73658-7.
- ^ "Citas" . sitio web nanoHUB.org . Consultado el 19 de septiembre de 2011 .
- ^ James R. Bottum; James F. Davis; Peter M. Siegel; Brad Wheeler y Diana G. Oblinger (julio-agosto de 2008). "Cyberinfrastructure: en sintonía para el futuro" . Educause Review . 43 (4). Archivado desde el original el 7 de septiembre de 2008 . Consultado el 19 de septiembre de 2011 .
Otras lecturas
- Revista EDUCAUSE, vol. 42, no. 6 - nanoHUB: comunidad y colaboración
- Publicaciones relacionadas con HUBzero
- Recursos federales para la excelencia educativa
- IBM.com: nanoHUB hace la computación remota correctamente
- Alan Henry (28 de agosto de 2007). "Los científicos se conectan en nanoHUB" . Appscout . Archivado desde el original el 16 de julio de 2011.
enlaces externos
- Página web oficial