Politecnico di Torino: calcoli atomistici in poche ore
Uno studio dell’Ateneo permetterà di svolgere in poche ore calcoli al computer che prima richiedevano mesi, aprendo prospettive incoraggianti per molti settori della ricerca biologica e ingegneristica
- Tweet
- Pin It
- Condividi per email
-
I moderni computer sono macchine estremamente veloci e precise, in grado di effettuare un numero elevatissimo di operazioni logico-matematiche in una frazione di secondo. Grazie a questa caratteristica, sono diventati strumenti insostituibili in moltissime applicazioni della vita comune, dai videogiochi fino alla diagnostica medica. Anche nell’ambito della ricerca scientifica e ingegneristica, i calcoli al computer hanno sempre più un impatto rivoluzionario sul modo di investigare nuovi fenomeni, calcolare e progettare: è difficile anche solo immaginare oggi un qualsiasi campo della conoscenza dove i computer non giochino un ruolo chiave.
Una presenza così pervasiva spesso induce a credere che un qualsiasi fenomeno fisico o problema ingegneristico possa essere velocemente affrontato con accurate simulazioni numeriche affidate a calcolatori elettronici sufficientemente veloci. Purtroppo, però, esistono diversi esempi di grande interesse caratterizzati da una complessità tale che nemmeno i cosiddetti super-calcolatori o super-computer (ovvero cluster di centinaia o migliaia di processori elettronici in parallelo) sono in grado di affrontare efficacemente. Ne consegue che, quando possibile, sono richiesti tempi di elaborazione di diversi mesi o addirittura più lunghi per portare a termine un singolo calcolo (o, come è spesso definito in gergo, ‘simulazione numerica’).
Tra i diversi ambiti scientifici dove oggi il problema dell’eccessivo onere computazionale è particolarmente limitante, c’è senza dubbio quello delle simulazioni atomistiche, spesso anche chiamate simulazioni di dinamica molecolare. Nell’ingegneria moderna, tra le altre cose, tali simulazioni consentono la progettazione di materiali innovativi manipolati su scala atomica e dotati di prestazioni straordinarie. Questo problema di calcolo rende talvolta impraticabile la progettazione dettagliata al computer dove sarebbero richieste decine o centinaia di simulazioni per progettare un singolo materiale o nano-componente sotto molteplici condizioni di funzionamento.
L’ingegneria non è l’unica disciplina dove i calcoli atomistici rappresentano un prezioso strumento di indagine e progettazione. Nelle scienze biologiche è in corso da anni una rivoluzione che sta trasformando la nostra conoscenza da descrittiva a quantitativa. Una rivoluzione nella quale le simulazioni di dinamica molecolare hanno avuto (e avranno sempre più) un peso importante nel far luce sul ruolo e i meccanismi fisici di funzionamento di molte biomolecole alla base della nostra stessa vita, come ad esempio le proteine. Da un lato, una conoscenza approfondita e quantitativa è fondamentale per il progresso della bioingegneria e nella ricerca di cure mediche sempre più efficaci. Dall’altro, la complessità dei sistemi di interesse biologico è tale che i tempi computazionali sono troppo lunghi e rappresentano una drammatica limitazione al progresso scientifico.
Una soluzione a questa criticità può arrivare da uno studio pubblicato sulla prestigiosa rivista americana PNAS, frutto di una collaborazione internazionale pluriennale tra il Politecnico di Torino, la Princeton University, il Max Planck Institute e la Yale University. Durante questo studio, è stato messo a punto un metodo di calcolo rivoluzionario in grado di accelerare in modo significativo le simulazioni atomistiche al computer e quindi le scoperte scientifiche.
Il metodo è stato applicato con successo a un sistema di rilevanza biologica, ovvero a un sensore di saturazione lipidica della membrana cellulare studiato da alcuni ricercatori del Max Planck Institute di Francoforte nel 2016. Il sensore può essere immaginato come una macchina di dimensioni molecolari presente nelle cellule del nostro corpo: lo spostamento delle parti di cui è costituita tale macchina molecolare ne determina la configurazione. Stabilire correttamente la configurazione del sensore è cruciale in quanto questa regola la produzione di acidi grassi, contribuendo al corretto funzionamento e allo stato di salute delle cellule.
Nel precedente lavoro del 2016, dopo sofisticati esperimenti e mesi di tradizionali calcoli al computer, i ricercatori avevano osservato e descritto le modalità di funzionamento (le ‘configurazioni’) del suddetto sensore. Utilizzando però il nuovo approccio a cui ha lavorato il Politecnico di Torino, poche ore di calcolo sono state sufficienti per evidenziare non solo le configurazioni del sensore già note ma, soprattutto, per scoprire ulteriori modalità di funzionamento del sensore che erano rimaste a oggi sconosciute a causa dell’eccessivo onere computazionale.
Grazie ai risultati incoraggianti, i ricercatori contano di poter applicare ora il nuovo metodo a sistemi sempre più complessi e poter così accelerare il progresso scientifico in campo biofisico ed ingegneristico.
Elena Foglia Franke
Contenuti correlati
-
Come quantificare l’Entanglement: dallo studio del Politecnico di Torino nuovi passi per la comprensione del fenomeno di meccanica quantistica
Il Premio Nobel della Fisica 2022 ha premiato una serie di spettacolari esperimenti che hanno confermato l’esistenza dell’Entanglement, un fenomeno che trova spiegazione nella meccanica quantistica. L’Entanglement – o correlazione quantistica – rappresenta infatti la quantità di...
-
Hexagon, Boeing e altri attori del settore aerospaziale danno vita al consorzio Rotor Dynamics
La divisione Manufacturing Intelligence di Hexagon e Boeing, in collaborazione con alcuni dei più importanti nomi nel settore aeronautico e dei motori aerospaziali, annunciano la costituzione del Rotor Dynamics Consortium (RDC). L’RDC definirà, promuoverà e standardizzerà i...
-
Destination Earth: il ruolo di Hewlett Packard Labs nella creazione di un gemello digitale globale
I gemelli digitali sono meraviglie ingegneristiche che permettono di simulare determinate condizioni a distanza. Offrono agli esperti di diversi settori l’opportunità di osservare e misurare ciò che accade in un ambiente senza la necessità di essere fisicamente...
-
Collaborazione tra RoboDK e Keba Industrial Automation
RoboDK, azienda fondata in Canada nel 2015, specializzata nella programmazione e nella simulazione offline, ha ufficialmente annunciato che collaborerà con Keba, realtà che vanta oltre 30 anni di esperienza nella robotica industriale e che, con la piattaforma di automazione...
-
Simulazioni numeriche per massimizzare le prestazioni nella sfida della F1 in Schools
Il Sentiero International Campus supporta come sponsor di sviluppo tecnico il team di studenti dell’ITIS De Pretto di Schio, che sono tra i finalisti della sfida internazionale F1 in Schools. F1 in Schools è una sfida educativa...
-
Metaverso, mercato in crescita e prospettive di maggiore sviluppo nell’industria
Il metaverso ha avuto molte definizioni, tutte troppo vaghe e fraintese dal pubblico. Una definizione generale è “un ambiente virtuale persistente che consente l’accesso e l’interoperabilità di più realtà virtuali individuali”. La società globale di ricerca, ABI...
-
I mercati AR e VR avranno una crescita esplosiva secondo ABI Research
La società globale di ricerche di mercato ABI Research prevede che i mercati relativi a realtà aumentata (AR) e della realtà virtuale (VR) cresceranno del 60% e del 44% dal 2024 al 2030. Mercato di sbocco I verticali...
-
Le potenzialità della AI in produzione nell’evento Altair del 20 giugno
Altair, realtà attiva nella computational intelligence, annuncia ATCx AI for Engineers, evento globale a tema Intelligenza Artificiale (AI) che si terrà virtualmente giovedì 20 giugno 2024. L’evento globale riunirà ingegneri di progettazione, simulazione e produzione di tutto...
-
Peugeot Sport punta al traguardo nelle gare di endurance con la simulazione di Dassault Systèmes
Dassault Systèmes e Peugeot Sport, la divisione motorsport di Stellantis, hanno annunciato la loro collaborazione per simulare e ottimizzare l’aerodinamica dell’hypercar ibrida Peugeot 9×8 per la stagione 2024 delle gare di endurance e dimostrare una mobilità elettrica...
-
Il software CAD Creo 11 di PTC è ancora più potente
PTC ha rilasciato il software CAD Creo 11 e la nuova release di Creo+, soluzione CAD in modalità SaaS. Creo offre funzionalità avanzate che consentono di progettare meglio e in minor tempo e che ora, con il...
Scopri le novità scelte per te x
-
Come quantificare l’Entanglement: dallo studio del Politecnico di Torino nuovi passi per la comprensione del fenomeno di meccanica quantistica
Il Premio Nobel della Fisica 2022 ha premiato una serie di spettacolari esperimenti che hanno confermato l’esistenza...
-
Hexagon, Boeing e altri attori del settore aerospaziale danno vita al consorzio Rotor Dynamics
La divisione Manufacturing Intelligence di Hexagon e Boeing, in collaborazione con alcuni dei più importanti nomi nel...
Notizie Tutti ▶
-
Economia circolare, Siemens e Osai GreenTech al recupero dei metalli preziosi dai RAEE
Nell’economia lineare l’estrazione, la lavorazione e lo smaltimento dei metalli preziosi comportano un consumo...
-
1° ottobre, appuntamento con la II edizione dell’IO-Link Day
Sulla scia del successo della prima edizione, torna l’evento di Consorzio PI Italia dedicato...
-
Hewlett Packard e Danfoss insieme per ridurre il consumo energetico nei data center
Hewlett Packard Enterprise e Danfoss collaborano per la fornitura di HPE IT Sustainability Services...
Prodotti Tutti ▶
-
Sensori di corrente a rilevamento magnetico di Allegro per industria, automotive ed energie rinnovabili
Allegro MicroSystems ha sviluppato i sensori di corrente ad alta potenza ACS37220 e ACS37041,...
-
InnoTrans 2024: Moxa presenta le soluzioni di comunicazione ed elaborazione dati con protezione
Moxa, fornitore di soluzioni di comunicazione basate su IP, si presenterà a InnoTrans 2024...
-
Refrigeratori di acqua di processo ecologici di Parker a basso GWP
Parker Hannifin ha sviluppato Hyperchill Plus-E, un nuovo refrigeratore ecologico per processi industriali utilizzato...