Ο Ελληνικός υπερυπολογιστής ARIS και η χρήση του από επιστημονικές ομάδες

Όλο και περισσότερες ελληνικές επιστημονικές ομάδες αξιοποιούν τις δυνατότητες του μοναδικού ελληνικού υπερυπολογιστικού συστήματος ARIS για να διεξάγουν μελέτες που απαιτούν τεράστια υπολογιστική ισχύ.

Μια τέτοια περίπτωση είναι η μελέτη της σύστασης και της συμπεριφοράς των νανοσωματιδίων της ατμόσφαιρας από την ερευνητική ομάδα του καθηγητή Βλάση Μαυραντζά του Εργαστηρίου Στατιστικής Θερμοδυναμικής & Μακρομορίων του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Οι ερευνητές πραγματοποιούν στον υπερυπολογιστή προσομοιώσεις της μορφολογίας των νανοσωματιδίων, χρησιμοποιώντας την υπολογιστική μέθοδο της μοριακής δυναμικής.

Τα ατμοσφαιρικά σωματίδια μελετώνται εκτενώς τις τελευταίες δεκαετίες σε όλο τον κόσμο, επειδή σχετίζονται άμεσα με την κλιματική αλλαγή, την ανθρώπινη υγεία, το χρόνο ζωής των πολιτιστικών μνημείων, τη βιοποικιλότητα, την ορατότητα του τοπίου κ.α.

Τα σωματίδια επηρεάζουν τη μέση θερμοκρασία του πλανήτη και δρουν ως πυρήνες συμπύκνωσης των νεφών, αυξάνοντας τις βροχοπτώσεις. Οι επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία αφορούν κυρίως τα μικρότερα ατμοσφαιρικά σωματίδια, με διάμετρο έως 2,5 μικρόμετρα (εκατομμυριοστά του μέτρου), γνωστά ως PM2.5, που σχετίζονται με μείωση του προσδόκιμου ζωής, αυξημένο καρδιαγγειακό κίνδυνο, χρόνιες αναπνευστικές παθήσεις, καρκίνους, αλλεργίες, αυτοάνοσα νοσήματα, φλεγμονές, εγκεφαλικές αλλοιώσεις κ.α.

Για να κατανοηθούν καλύτερα οι φυσικοχημικές ιδιότητες των αερολυμάτων, οι έλληνες ερευνητές -με τη βοήθεια του υπερυπολογιστή- μελετούν πώς αυτές οι ιδιότητες επηρεάζονται από την παρουσία οργανικών μορίων ή μιγμάτων τους με διαφορετικές ιδιότητες (διαφορετική διαλυτότητα, πτητικότητα κ.α.), από τη συνολική ποσότητα της οργανικής μάζας στα σωματίδια, από την υγρασία και τη θερμοκρασία.

Η εξέταση όλων αυτών απαιτεί την προσομοίωση ενός μεγάλου αριθμού συστημάτων, κάτι που επιτυγχάνεται χάρη στην υπερυπολογιστική υποδομή ARIS, η οποία επιτρέπει την εκτέλεση μεγάλου αριθμού και μεγάλης κλίμακας προσομοιώσεων.

Οι προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής επιτρέπουν την παρακολούθηση του τρόπου σχηματισμού νανοσωματιδίων πολλών διαφορετικών συστατικών στην ατμόσφαιρα και επίσης παρέχουν πληροφορίες για τη μορφολογία τους, το μέγεθος, την πυκνότητά τους, τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μορίων που συμμετέχουν στο νανοσωματίδιο, την κινητικότητά τους κ.α.

Οι πληροφορίες αυτές σχετικά με τη δομή και τη μορφολογία των σωματιδίων επιτρέπουν τη βελτίωση των μοντέλων ατμοσφαιρικής χημείας μεγάλης κλίμακας, τα οποία χρησιμοποιούνται για τη μελέτη των διεργασιών στην ατμόσφαιρα. Έτσι βοηθούν στην πρόβλεψη και στη λήψη πιο αποτελεσματικών μέτρων για τη μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης.

Όπως δήλωσε ο κ.Μαυραντζάς, «με τη βοήθεια της μοριακής δυναμικής μπορούμε να κατανοήσουμε πληρέστερα την κατάσταση φάσης και τις δομικές ιδιότητες των σωματιδίων σε επίπεδο νανοκλίμακας. Με αυτό τον τρόπο υπολογίζουμε γρήγορα, με ακρίβεια, αλλά κυρίως με χαμηλό κόστος, ιδιότητες που παραδοσιακά μετρούνται εργαστηριακά με τη χρήση πολύπλοκων πειραματικών διατάξεων που κοστίζουν σημαντικά» Τόνισε ότι «εάν οι προσομοιώσεις πραγματοποιούνταν με συμβατικούς υπολογιστικούς πόρους, θα απαιτούνταν αρκετά χρόνια για να ολοκληρωθούν και άρα να εξαχθούν αξιόπιστα αποτελέσματα, συγκρίσιμα με τις πειραματικές μετρήσεις».

«Το υπέρ-υπολογιστικό σύστημα ARIS έπαιξε καταλυτικό ρόλο στη διεξαγωγή όλων των προσομοιώσεων. Επί της ουσίας, η διεξαγωγή, η ολοκλήρωση και η ανάλυση των αποτελεσμάτων των προσομοιώσεων θα ήταν αδύνατη, αν δεν υπήρχε ο ARIS», υπογράμμισε ο έλληνας ερευνητής.

«Η παρουσία τέτοιων ισχυρών υπολογιστικών υποδομών στη χώρα μας, σε συνδυασμό με την πρόοδο που έχει συντελεστεί τα τελευταία χρόνια στο πεδίο των ατομιστικών προσομοιώσεων, μας επιτρέπει να διεξάγουμε υπολογιστικά πειράματα αντίστοιχα με αυτά που εκτελούνται εργαστηριακά με τις πιο σύγχρονες πειραματικές διατάξεις σε μερικά από τα πιο φημισμένα εργαστήρια παγκοσμίως», πρόσθεσε.

Ο υπερυπολογιστής ARIS δημιουργήθηκε από το Εθνικό Δίκτυο Έρευνας και Τεχνολογίας (ΕΔΕΤ) και είναι εγκατεστημένος σε ειδικό χώρο στις εγκαταστάσεις του υπουργείου Παιδείας και Έρευνας στο Μαρούσι. Όσοι επιστήμονες θέλουν να τον αξιοποιήσουν, μπορούν να απευθυνθούν στο ΕΔΕΤ.