nanoHUB.org es un portal de ciencia e ingeniería que comprende recursos aportados por la comunidad y orientado a la educación, la creación de redes profesionales y herramientas de simulación interactiva para la nanotecnología . [1] Financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (NSF), es un producto de la Red para la Nanotecnología Computacional (NCN). La NCN apoya los esfuerzos de investigación en nanoelectrónica ; nanomateriales ; sistemas nanoelectromecánicos (NEMS); nanofluídica ; nanomedicina , nanobiología ; y nanofotónica .
La Red de Nanotecnología Computacional se creó 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 multiuniversitaria de ocho instituciones miembro, entre ellas la Universidad de Purdue , la Universidad de California en Berkeley , la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign , el Instituto Tecnológico de Massachusetts , Molecular Foundry 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 Estados Unidos (NSF) otorgó subvenciones de aproximadamente 14 millones de dólares entre 2002 y 2010, con el investigador principal Mark S. Lundstrom . [3] Se han otorgado subvenciones continuas de la NSF de Estados Unidos desde 2007 con el investigador principal Gerhard Klimeck y el coinvestigador principal Alejandro Strachan , con una financiación total de más de 20 millones de dólares. [4]
El portal web de NCN es nanoHUB.org y es una instancia de un centro HUBzero . Ofrece herramientas de simulación, materiales de cursos, conferencias, seminarios, tutoriales, grupos de usuarios y reuniones en línea. [5] [6] Se puede acceder a herramientas de simulación interactivas desde navegadores web y se ejecutan a través de una red informática distribuida en la Universidad de Purdue , así como de TeraGrid y Open Science Grid . Estos recursos son proporcionados por cientos de miembros colaboradores de la comunidad de nanociencia. [7]
Principales tipos de recursos: [8]
El nanoHUB ofrece herramientas de simulación en el navegador orientadas a la nanotecnología, la ingeniería eléctrica, la ciencia de los materiales, la química y la educación sobre semiconductores. Las simulaciones del nanoHUB están disponibles para los usuarios tanto como herramientas independientes como parte de programas de enseñanza y aprendizaje estructurados que comprenden numerosas herramientas. Los usuarios pueden desarrollar y contribuir con sus propias herramientas para su implementación en vivo.
Algunos ejemplos de herramientas incluyen: [9]
El conjunto de herramientas Rappture (Rapid APPlication infrastrucTURE) proporciona la infraestructura básica para el desarrollo de una amplia clase de aplicaciones científicas, lo que permite a los científicos centrarse en su algoritmo principal. Lo hace de manera independiente del lenguaje, por lo que se puede acceder a Rappture en una variedad de entornos de programación, incluidos C/C++, Fortran y Python. Para utilizar Rappture, un desarrollador describe todas las entradas y salidas para el simulador, y Rappture genera una interfaz gráfica de usuario (GUI) para la herramienta automáticamente. [10]
Para complementar las herramientas GUI de Rappture existentes dentro de nanoHUB, los cuadernos Jupyter basados en navegador más recientes también están disponibles en nanoHUB, desde 2017. Jupyter en nanoHUB ofrece nuevas posibilidades utilizando el software científico existente, y más notablemente todas las herramientas de Rappture, dentro de nanoHUB con los cuadernos de código intercalado (por ejemplo, Python , texto y multimedia).
Un espacio de trabajo es un escritorio Linux integrado 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. Se 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 utilizar herramientas Linux normales 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 la compatibilidad WebDAV integrada en los sistemas operativos Windows, Macintosh y Linux para acceder a sus archivos nanoHUB en un escritorio local.
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 utilizar el enrutador de puerto para configurar un canal independiente mediante el cual se realiza una operación de importación o exportación de archivos, utiliza VNC para activar una acción en el navegador que retransmite 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 que se deben administrar.
Una desventaja de consolidar la mayor parte de la comunicación 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 soportan Maxwell pueden operar con sistemas Unix convencionales, máquinas virtuales Xen y una forma de virtualización basada en OpenVZ . Para cada sistema, se preinicia un servidor VNC para cada sesión. Cuando se utiliza 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 aplicación que el usuario puede usar de forma remota. [11]
La mayoría de los usuarios provienen de instituciones académicas que utilizan nanoHUB como parte de sus actividades de investigación y educación. También hay usuarios 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 concreto de recursos. Veinte citas se refieren al uso de nanoHUB en la educación y más de 30 se refieren a nanoHUB como un ejemplo de ciberinfraestructura nacional. [ ¿cuándo? ]
La iniciativa de cursos en línea nanoHUB-U [14] fue desarrollada para permitir a los estudiantes estudiar una materia en un marco de cinco semanas aproximadamente equivalente a una clase de 1 crédito. No se otorgan créditos: las pruebas y los exámenes son simples y están destinados a ser ayudas para el aprendizaje en lugar de pruebas rigurosas para las habilidades adquiridas. En el espíritu de una universidad de investigación, los cursos nanoHUB-U apuntan a incorporar nuevos avances y conocimientos de la investigación al plan de estudios; además, la simulación (a menudo de nanoHUB) está ampliamente incluida en los cursos. Se hace todo lo posible para presentar los cursos de una manera que sea accesible para estudiantes de posgrado principiantes con una variedad de antecedentes diferentes con un número mínimo de requisitos previos. El curso nanoHUB-U ideal es accesible para cualquier estudiante con un título universitario 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 .