NanoHive@Home

Détails

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)

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Télécharger Boinc (Tutorial)

URL du projet : http://www.nanohive-1.org/atHome/

Systèmes d'exploitation:Windows (32 et 64 bits)

 

 

SOMMAIRE :

 

Introduction

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 :

  • Logiciel entièrement open-source ;
  • 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 :

Nanotechnologies et société :

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.

    Page de la simulation en détail :

    FineMotionController_1 - bêta test de NHAH.