С началом учебного года в нескольких вузах Национальной нанотехнологической сети (ННС) начнет свою работу образовательный проект виртуального лабораторного практикума на базе учебно-методического программного комплекса «Многомасштабное моделирование в нанотехнологиях – nanoModel».

«Наш учебно-методический программный комплекс, – рассказывает Вячеслав Мизгулин, руководитель проекта, – это простое решение сразу нескольких сложных образовательных проблем, возникших в результате спешки и суеты на стыке ИТ и нанотехнологий.

Во-первых, это визуализация. Мы разработали специальный движок, позволяющий записывать и проигрывать высококачественные видеоролики вычислительных экспериментов, создавать и отображать 3D модели структур, интерактивные графики и гистограммы. Все эти возможности не требуют от пользователей покупки высокопроизводительных графических станций и установки «тяжеловесного» программного обеспечения. В компьютерном классе, с домашнего компьютера, ноутбука, планшетного ПК или мобильного телефона вы можете открыть веб-браузер и получить доступ ко всем возможностям комплекса. Мы постарались сделать веб-интерфейс простым и интуитивно понятным, чтобы с ним мог разобраться и студент и преподаватель.

Примеры визуализации процесса диффузии газа через мембрану (слева) и трехмерной структуры наночастицы (справа)

Во-вторых, это платформа. У каждой кафедры наверняка есть свои разработки, которые они используют для проведения лабораторных работ. Современные дипломные работы и диссертации, так или иначе связанные с нанотехнологиями, редко обходятся без программного продукта. nanoModel позволяет встраивать вычислительные модули, создавать новые методики и проводить эксперименты централизовано, используя единое хранилище данных и общие интерфейсы, то есть выступая в роли так называемой eScience-платформы. Разработки студентов, аспирантов и сотрудников кафедр, накапливающиеся в учебно-исследовательском процессе, теперь будут упорядоченно храниться в специально сконфигурированной под них среде, всегда готовые к использованию и, при желании, доступные через Интернет в любой точке земного шара.

Скриншот веб-интерфейса nanoModel

В-третьих, это методология. В частности, методология разработки научно-исследовательских и учебных программных модулей, проведения дистанционных лабораторных работ и вычислительных экспериментов. Архитектура nanoModel устроена так, что каждый пользователь занимается своим делом. Разработчику новой компьютерной модели не нужно задумываться о красоте и понятности интерфейса, где хранить входные и выходные файлы, куда прикладывать руководства и описания, как интегрироваться с другими программными пакетами. Ему просто нужно запрограммировать модуль, который читает параметры и выдает результат, а всё остальное делается средствами платформы nanoModel. Затем преподаватель составляет методичку и прикладывает к компьютерной модели, а студенты уже проводят множественные вычислительные эксперименты и пишут отчеты.

Казалось бы – ничего особенного, однако на сегодняшний день огромное количество научно-исследовательских пакетов программ, разрабатываемых студентами, аспирантами и даже сотрудниками кафедр, реализовано так, что все алгоритмы компьютерных моделей «зашиты» в пользовательские интерфейсы (кнопки, таблицы, события). В результате, такие разработки теряют ценность почти сразу после защиты, так как обычно запускаются исключительно на компьютере разработчика и непригодны для интеграции с другими программными пакетами, хотя по сути своей являются промежуточным звеном в реальных расчетах. Системная методология, лежащая в основе nanoModel, изначально задает правильное направление разработки новых компьютерных моделей, повышая качество конечного программного продукта, и экономит время, которое обычно тратится на интерфейсы.

За лето мы провели несколько семинаров, посвященных организации виртуального лабораторного практикума по нанотехнологиям в вузах с помощью nanoModel. Опыт показал, что наш проект отлично укладывается в программы развития вузов и представляет большой интерес не только для студентов и преподавателей, но и для администрации, так как разработка российская. Кроме того, многих интересовали вопросы интеграции комплекса с мультимедийными досками, системами 3D визуализации, суперкомпьютерами и экспериментальными установками – все эти вопросы легко решаются. Касаемо проведения дистанционных лабораторных работ через Интернет пока что нет общего видения, но инструмент готов и можно пробовать.

Фотографии с семинара по nanoModel в Центре Фотохимии РАН: вступительное слово академика М.В. Алфимова (слева), демонстрация интерфейсов nanoModel (справа)

В сентябре мы открываем бесплатный доступ к демонстрационному сайту nanoModel (www.nanomodel.ru). Конечно, этого сайта недостаточно для проведения полноценных лабораторных работ, тем более на всю страну. Мы физически не сможем обеспечить всех пользователей достаточным количеством вычислительных ресурсов. Ведь комплексные поставки в вузы включают собственный кластер, хранилище данных, веб-сервер и многое другое. Однако с помощью этого сайта можно посмотреть, как работает комплекс, и даже провести небольшое научное исследование.

В общем-то, мы открыты и для современной «облачной» модели ИТ-бизнеса, когда пользователь проводит эксперименты на арендованных вычислительных ресурсах (облаках). В таком случае, все организационные и технические вопросы мы берем на себя. Вам необходимо лишь сообщить о своем желании нам по адресу info@siams.com. Если Вы разрабатываете компьютерные модели, мы также можем найти точки соприкосновения, ведь nanoModel это платформа, однако коммерческое распространение пользовательских разработок в рамках продвижения всего комплекса требует обстоятельных переговоров с разработчиками».

Приглашаем всех на сайт www.nanomodel.ru для ознакомления с возможностями учебно-методического программного комплекса «Многомасштабное моделирование в нанотехнологиях – nanoModel».

Комплекс разработан при поддержке Федерального агентства по науке и инновациям в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2012 годы».