Le projet est
terminé. Brian Helfrich, le responsable du projet ne
travaille plus pour Nanorex et l'entreprise ne désire pas
poursuivre le développement du projet NanoHive@home
Nanotechnologies
(simulation informatique de nano-robots puis de nano-usines)
NanoHive@Home est un projet d'informatique répartie qui est
utilisé pour la simulation et l'analyse de
systèmes nanotechnologiques complexes Le projet tire sa
puissance de calcul à partir des ordinateurs individuels qui
tournent à vide. Les utilisateurs
téléchargent et installent un programme sur leur
ordinateur. Quand l'écran de veille de l'ordinateur est en
marche, le programme demande des unités de travail
à un serveur de NanoHive@Home, les calcule avec le
simulateur NanoHive-1, puis renvoie les résultats au
serveur.
Le but de NanoHive@Home est d'exécuter des
simulations et des analyses de nano-systèmes complexes qui
seraient trop intensives pour être calculées par
l'intermédiaire de moyens normaux, et de permettre de ce
fait de faire avancer la compréhension scientifique dans le
domaine des nanotechnologies.
Voici quelques points clés au sujet de NanoHive@Home avec
des liens et des explications plus détaillées :
Projet à but non
lucratif, tous les résultats sont rendus publiques, libres
et clairs ;
Projet qui servira à
l'humanité toute entière en améliorant
nos connaissances et notre compréhension sur les
nanotechnologies ;
Les calculs sont
réalisés grâce à un logiciel
de simulation dernier cri, utilisant de la meilleure des
façons votre puissance de calcul ;
Une attention toute
particulière est porté sur la
sécurité et la sûreté de
sorte que vous puissiez faire fonctionner notre logiciel sans vous
inquiéter ;
Des graphiques et un
écran de veille intéressants et interactifs qui
montrent en détail les résultats de la simulation
pendant le calcul ;
Utilisation de la très
populaire infrastructure ouverte de calcul de Berkeley (BOINC), ainsi
vous pouvez contribuer au projet par
l'intermédiaire d'une interface conviviale.
La
nanotechnologie c'est
l'étude et la manipulation de la matière
à l'échelle moléculaire. À
cette échelle, les propriétés
physiques et chimiques des matériaux sont fondamentalement
différentes des matériaux au niveau
micromètrique ou à de plus grandes
échelles. C'est cette différence fondamentale qui
est la cause de ce défi étonnant et ouvre de
nouvelles perspectives à l'humanité.
À mesure que nous augmentons notre compréhension
des nanotechnologies et notre capacité à
manipuler la matière à cette échelle,
une large gamme d'applications industrielles essentielles
émerge. Voici quelques exemples :
Médecine : nouveaux
produits pharmaceutiques, thérapeutiques,
méthodes d'administration des médicaments, soin
et protection de la peau, enduits antiviraux, matériaux
biocompatibles, réparation de nerfs et de tissus,
traitements du cancer, et méthodes de diagnostic.
Énergie :
développement de catalyseurs efficaces et peu
coûteux pour la production d'hydrogène et son
stockage.
Calcul :
les circuits moléculaires permettront des
avancées significatives dans la vitesse des processeurs,
leur efficacité énergétique, la
parallélisation, les débits, une
capacité de stockage ultra-dense, et le calcul quantique.
Matériaux
: de nouveaux composés avec des
propriétés sensiblement
améliorées par rapport aux matériaux
traditionnels.
Sécurité
: sondes chimiques ultra-sensibles.
Cependant les avantages apportés par les nanotechnologies
s'accompagnent aussi de risques potentiels. Par exemple, en ce qui
concerne la toxicité des dispositifs
nanométriques. Ceci souligne l'importance de
développer la compréhension des
phénomènes nanométriques afin de
réduire les risques potentiels.
Simulation Nanométrique
Avant de pouvoir produire, assembler, ou coordonner l'ensemble des
dispositifs et systèmes nanométriques, nous
devons les comprendre. La simulation sur ordinateur des
systèmes nanométriques est indispensable pour
examiner et explorer nos théories et idées au
sujet des nanotechnologies.
La simulation nous
permet de mener des expériences avec les
nano-systèmes que nous n'avons pas encore les moyens de
construire.
C'est une phase
clé de la recherche et du développement en terme
d'économie. Les simulations nécessitent
significativement moins d'argent que de devoir louer
l'équipement et l'expertise nécessaires pour
construire et équiper de vrais nano-matériaux.
Elle nous permet
d'exécuter des expériences qui pourraient
être trop dangereuses à exécuter
autrement.
NanoHive@Home
Une des limites de la simulation nanométrique sur ordinateur
est la taille du système qui peut être
simulée. De petits systèmes composés
de centaines voire de milliers d'atomes peuvent être
simulés en mécanique quantique avec un niveau
élevé d'exactitude grâce à
des moyens de calcul simple, mais les systèmes
composés de centaines de milliers, ou de millions d'atomes
sont beaucoup trop grands pour être calculés avec
un matériel de calcul interne.
Une autre limite est posée par le nombre d'analyses qui
peuvent être exécutées de
façon rigoureuse et précise. L'optimisation
quantique d'une structure moléculaire simple peut prendre
plusieurs heures. Une recherche des structures d'énergie
minimale peut impliquer des milliers d'optimisations consommant
plusieurs milliers d'heures - années de calcul.
Le but de NanoHive@Home est d'exécuter des simulations et
des analyses de nano-systèmes complexes qui seraient trop
intensives pour être calculées par
l'intermédiaire de moyens normaux, et de permettre de ce
fait de faire avancer la compréhension scientifique dans le
domaine des nanotechnologies.
NanoHive@Home fonctionne avec des scientifiques travaillant sur les
nanosystèmes complexes dans le but de comprendre quelles
simulations pourraient être le point de départ de
publications qui auraient le plus grand impact dans le domaine. Par
exemple, nos premières simulations ont pour but de tester et
développer une série de nano-usines. Les
nano-usines, également appelées "assembleurs",
sont vues comme une des étapes les plus importantes
(potentielles) dans le domaine des nanotechnologies. Ce sont des
machines qui construiront des produits en utilisant directement la
manipulation moléculaire. Un film d'illustration des
nano-usines est disponible sur Google Vidéo. Une
présentation est disponible ici,
et la vidéo en haute résolution ici
[86.1 Mo - QuickTime].
Voir la page du projet NanoFactory pour des informations
techniques et plus de détails sur les simulations.
Plus d'Informations
Voici quelques liens pour obtenir plus d'informations sur les
nanotechnologies.
Les dernières actualités sur les nanotechnologies
:
nanozone - une
présentation pour les enfants de 8 à 14 ans et
leurs professeurs
La page wikipédia sur les
nanotechnologies est une bonne source d'information avec de
nombreux liens vers les laboratoires, des journaux, et des articles sur
les nano-technologies.
Ecran de veille
Voici une capture d'écran de l'écran de veille de
NanoHive suivie d'une explication des différents
éléments de l'écran.
Les statistiques et les informations sur le
côté gauche de l'écran
Le nom d'utilisateur
du participant
Team
Nom de l'équipe du
participant (s'il est membre d'une équipe)
Host Credit
Crédit total accordé au
participant par ce serveur
Total Credit
Crédit total accordé au
participant par l'ensemble des serveurs
Unité de
Travail
Identifiant
L'identifiant de
l'unité de travail. Il est formé de :
Nom de la
molécule
Identifiant unique de la
molécule (ce n'est pas simplement une formule chimique)
.L. où .U.
Etat de l'outil (pointe). L est pour un outil
chargé (prêt à déposer un
atome ou une molécule) et U un outil à vide
(prêt à être chargé)
deform_#
S'il apparait, cela indique que c'est une version
thermiquement déformée de la molécule.
Le # est le numéro de série de la
déformation
Voir la page de
présentation des simulations
actuelles pour plus de détails et pour voir les
résultats moléculaires
Slot
Un identifiant
spécifique à BOINC qui indique un
sous-répertoire où les calculs de
l'unité de travail auront lieu
temps CPU
Le temps processeur depuis le
début du calcul de l'unité de travail
% avancement
Indication sur l'avancement de
l'unité de travail en cours de calcul
Barre de
progrès
Indication graphique sur l'avancement de
l'unité de travail en cours de calcul
Activité
Les mesures prises pour le calcul de
l'unité de travail et leurs résultats. Les
optimisations géométriques se composent de deux
niveaux de calcul : les itérations d'optimisation, et les
itérations de calcul d'énergie. Chaque
itération d'optimisation se compose de plusieurs
itérations de calcul d'énergie. Voici le format
des lignes de sortie de calcul d'énergie :
Exemple: 12.06
dE=2.024e-005 [3.337e-006]
N.M
N est l'index
d'itération d'optimisation, commençant
à 1, et M est l'index d'itération de calcul
d'énergie, commençant également
à 1.
dE= énergie exacte
Le détail du calcul
d'énergie actuel - essentiellement le delta des deux
dernières valeurs d'énergie.
[énergie exacte
désirée]
L'exactitude désirée -
une fois que le calcul a réalisé l'exactitude
désirée, il est complet.
Voici le format des lignes de sortie
d'itération d'optimisation :
Exemple:
Max gradient 0.0068
[0.0010] : no
Max displace 0.1770
[0.0010] : no
Max gradient
Se rapporte à la pente
la plus raide produite par les atomes dans la molécule
pendant le processus d'optimisation.
Max displace
Se rapporte au plus grand mouvement subi par les
atomes dans la molécule pendant le processus d'optimisation.
current value [valeur
désirée]
Les itérations d'optimisation continuent
jusqu'à ce que chacun des déplacements actuels
ainsi que le gradient soient inférieurs aux valeurs
désirées.
yes
or no
Si la valeur actuelle est inférieure
à la valeur désirée.
Animation centrale
Vous pouvez voir au centre de la fenêtre une animation de la
molécule subissant une optimisation
géométrique. Les animations sont essentiellement
des schémas de systèmes moléculaires
avec des boules de tailles et de couleurs différentes
représentant différents types d'atomes. Vous
pouvez promener le curseur de votre souris dans la fenêtre
tout en appuyant sur le bouton gauche pour tourner l'animation.
Ce qui suit est une légende montrant les tailles et les
couleurs relatives aux 20 premiers atomes du tableau périodique des
éléments.
Commande d'aide en haut à droite
Cette zone montre une légende des diverses touches de
fonction (clés F) qui affectent l'animation au centre de la
fenêtre. Voici une explication pour chacune d'entre elles.
F1
Actionner ou éteindre
la commande d'aide
F2
Commute la représentation
schématique, ou le modèle visuel, du
système. Le modèle par défaut dit
« Ball and Stick » (boules et bâtons)
utilise une sphère avec un rayon reflétant la
couche externe de l'atome des électrons, et les lignes
représentent les liens entre les atomes. Le
modèle alternatif dit «van der Waals
Radii» représente chaque atome par une plus grande
sphère avec un rayon indicatif de la distance entre les
paires de deux tels tel que des atomes décollés.
F3
Stopper ou actionner la rotation du
système
Simulations actuelles
Nano-Usines
Nos premières simulations se concentrent sur des questions
de conception liées au développement d'une
série de nano-usines. Les nano-usines,
également appelées " assembleurs", sont vues
comme une des étapes les plus importantes (potentielles)
dans le domaine des nanotechnologies. Ce sont des machines qui
construiront des produits en utilisant directement la manipulation
moléculaire. Un film d'illustration des nano-usines
(sponsarisé par Nanorex) est disponible sur Google Vidéo. Une
présentation est disponible ici,
et la vidéo en haute résolution ici
[86.1 Mo - QuickTime]. Le film montre une vue animée d'une
nano-usine et explique les grandes étapes d'un processus qui
convertit des molécules simples en un ordinateur portable
d'un milliard de CPU.
Les simulations sont conduites en collaboration avec le Dr.
Damian Allis, et se concentreront sur les
mécanismes suivants :
Rotor de tri -
Sélectionne les molécules pour obtenir une
matière première variée (dans le film,
voir entre 1min25 - 1min40). L'équivalent biochimique du
rotor de tri est la cavité de la protéine. La
problématique de conception du rotor de tri vient de
l'identification de "cavités" qui trient un nombre
conséquent de types de molécules (y compris des
molécules qui ne s'associent que difficilement à
d'autres telles que l'acetylène).
Roue de livraison - Dans le
procédé d'assemblage, c'est ce qui capture et
délivre la matière de base de la
molécule (1min40 - 2min00). Le but est de fournir un
approvisionnement ininterrompu en molécules de base pour le
dépôt. Le travail de conception s'attache ici
à la conservation et l'acheminement des molécules.
Abstraction -
Réussir à sélectionner les atomes
d'une molécule et les préparer pour le
dépôt (2min00sec - 2min15sec). Cette section
partage des critères semblables à la conception
avec « chimie
moléculaire », car on concevra des
réactions de mécanosynthèse
qui mettent les structures communes de
l'«abstracteur» en contact avec la
matière de base attachée et cassent les liaisons
chimiques pour préparer la matière de base pour
le dépôt.
Dépôt - Déposer
la molécule préparée sur le produit
(2min15sec - 2min33sec). Pour les raisons qui seront
élaborées ci-dessus car les simulations sont
conçues, cette section est très probable la
ressource-consommation et l'aspect théoriquement
compliqué de toutes les étapes du nano-assemblage.
Page de la simulation en détail :
Nanofactory_1
- recherche des défaillances des outils de dimère
HiveArena
Dans HiveArena, les participants créent leurs nano-robots
dans l'espace de simulation NanoHive-1, et se concurrencent les uns
les autres pour réaliser un but spécifique
fixé par le concours. Les buts peuvent changer - en voici
quelques exemples :
Course de vitesse (Speed-race).
Le gagnant va d'un point A à un point B le plus rapidement
possible.
Dernier robot en vie (Last-man-standing).
Le gagnant est le robot, ou l'essaim
de robots, qui a
démonté/absorbé les autres
compétiteurs.
Challenge anti-virus (X-virus-challenge).
Les gagnants sont les robots, ou les essaims de robots, qui ont
démonté/absorbé une population
spécifique de nano-robots hostiles (virus ayant des
signatures moléculaires uniques) parmis une plus grande
population de nano-robots, tous fournis par le jeu.
Les participants à NanoHive@Home seront naturellement les
premiers à voir les concours se dérouler via les
animations de l'écran de veille. Et comme la partie visuelle
des résultats de la simulation est construite à
la façon d'un film, les équipes et les individus
qui ont calculés des unités de travail de la
simulation pourront donc recevoir leurs points une fois que la plupart
des unités de travail auront été
calculées. Les équipes victorieuses pourront
décider des chansons à mettre dans la bande
sonore.
Page de la simulation en détail :
Les premiers concours de HiveArena sont actuellement en cours de
développement.
Question fréquemment posée :
Question : Que se passe-t-il si une personne essaye de tricher avec
HiveArena en renvoyant de faux résultats au serveur ?
Réponse : L'espace de simulation est coupé en
plusieurs morceaux - plus particulièrement lorsque deux ou
plus de deux robots entrent en contact, ainsi lorsque vous vous voyez
assigné une unité de travail pour votre robot,
celle-ci se fera probablement en un seul morceau. Aussi, chaque
unité de travail est calculée par deux personnes
et si les résultats ne correspondent pas, une
troisième unité est calculée et
finalement les résultats des unités de travail
qui ne sont pas les mêmes sont rejetés. Mais il y
a toujours d'autres possibilités de triche, donc nous devons
toujours faire de la prévention et de la
détection de la triche.
Anciennes Simulations
FineMotionController
(Contrôleur ultra sensible de Mouvement)
Cette simulation qui tiens lieu de bêta test a
été créée pour examiner le
logiciel NanoHive@Home. La simulation évalue simplement la
stabilité moléculaire du contrôleur
de mouvement de l'ensemble moléculaire,
(fine-motion controller for molecular assembly - FMC) conçu
par le docteur K. Eric Drexler. FMC est un mécanisme qui
facilite les mouvements précis des plateformes. Ces
mouvements sont effectués en faisant tourner un ou plus de
huit anneaux, chacun étant connecté à
un support lui-même connecté à la
plate-forme. Les résultats permettent de contrôler
avec précision la position de la plate-forme dans un axe x,
y, z, grâce au degré de liberté des
mouvements. Tester la stabilité des molécules et
des ensembles moléculaires, avec FMC, est une phase commune
de la conception puisqu'il est parfois difficile de prévoir
les arrangements entre les structures complexes pendant la phase de
conception du logiciel.
Cet article a été publié le 27-02-2007 20:14. Vous pouvez suivre les commentaires suscités par cet article grâce au fil RSS 2.0. Vous pouvez laisser un commentaire.
Dernière mise à jour 01-10-2008 22:03
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usines. Les nano-usines,
également appelées " assembleurs", sont vues
comme une des étapes les plus importantes (potentielles)
dans le domaine des nanotechnologies. Ce sont des machines qui
construiront des produits en utilisant directement la manipulation
moléculaire. Un film d'illustration des nano-usines
(sponsarisé par 
