Il software AiiDAlab è stato in origine sviluppato per semplificare le simulazioni al computer nel campo della ricerca sui materiali. Un team di ricerca, sotto la guida dell'Istituto Paul Scherrer PSI e dell'Empa ha ora rivelato nuovi campi di applicazione: dalla ricerca nell'ambito delle scienze dell'atmosfera al controllo degli esperimenti, arrivando fino all'insegnamento.
Che si tratti di uno smartphone, di un tablet o di un PC, comunque sia gli utenti dei computer cercano la comodità. Le app possono essere avviate e configurate con pochi clic o con un semplice tocco sullo schermo, il tutto con una grafica intuitiva e gradevole. Per rendere anche ai ricercatori altrettanto semplici l'esecuzione di complesse simulazioni al computer o l'analisi dei dati, è stata creata l'interfaccia utente AiiDAlab. Questo software è stato sviluppato da un team di ricerca sotto la guida dell'Istituto Paul Scherrer PSI e dell'Empa (Laboratorio federale di prova dei materiali e di ricerca). Adesso il team ha presentato un ventaglio di nuove applicazioni sulla rivista specializzata Digital Discovery della RSC (Royal Society of Chemistry).
AiiDAlab si basa sul software AiiDA, che è stato sviluppato a partire dal 2014. Giovanni Pizzi ha partecipato fin dall'inizio a entrambi gli sviluppi, ricoprendo un ruolo di primo piano. Pizzi guida un gruppo di ricerca presso il Centro per il calcolo scientifico, teoria e dati dell'Istituto Paul Scherrer PSI. "AiiDA è in primo luogo un sistema di gestione dei flussi di lavoro", spiega Edan Bainglass, ricercatore post-doc nel gruppo di Pizzi. "Ciò significa che questo software dispensa i ricercatori da un'attività che porta via molto tempo, ovvero quella di avviare manualmente svariati programmi di simulazione, coordinarli tra loro e leggere i dati che ne risultano." Tuttavia, per l'uso del software AiiDA erano pur sempre necessarie conoscenze informatiche piuttosto solide e il funzionamento avveniva in gran parte tramite l’immissione di dati nei terminali, ovvero in finestre testuali sul computer.
Sviluppato in origine per la ricerca sui materiali
"Il nostro progetto, riguardo ad AiiDAlab, è pertanto riassumibile così: creare un'interfaccia più user-friendly per questo software piuttosto complesso, in modo che gli utenti possano concentrarsi completamente sulla loro ricerca, pervenendo così a nuove conoscenze in modo più rapido», afferma Pizzi. Con l'ausilio di un'interfaccia utente grafica, i ricercatori possono selezionare e configurare il software di simulazione desiderato, mentre AiiDAlab disbriga il resto del lavoro: preparazione ed esecuzione delle simulazioni, analisi dei risultati e infine la loro rappresentazione grafica.
In origine i destinatari di AiiDAlab erano i ricercatori nel campo dei materiali, i quali, studiando nuovi materiali con proprietà ben determinate, dovevano eseguire molteplici simulazioni numeriche. AiiDAlab ha reso tutto ciò possibile anche a ricercatori che non sono in possesso di particolari competenze informatiche, facendo sì che questo software incontrasse un notevole favore nel campo della ricerca sui materiali. Negli ultimi anni, poi, Pizzi e i suoi collaboratori hanno appurato che il loro software può essere applicato anche in molti altri ambiti.
Nel lavoro appena dato alle stampe, i ricercatori dell'Istituto Paul Scherrer PSI illustrano alcune di queste applicazioni, che spaziano dalla simulazione dell’atmosfera terrestre per arrivare allo sviluppo di batterie. Presso l'Empa (il Laboratorio federale di prova dei materiali e di ricerca), ad esempio, le simulazioni controllate da AiiDAlab vengono utilizzate per trarre deduzioni sulle emissioni di gas serra dalle misurazioni effettuate nell'atmosfera. Il Laboratorio federale Empa utilizza inoltre AiiDAlab per la caratterizzazione automatizzata delle batterie.
AiiDAlab svolge un ruolo di supporto anche per gli esperimenti
Quest’ultimo esempio dimostra che AiiDAlab può essere impiegato non solo per le simulazioni, ma anche per l'esecuzione e l'analisi di esperimenti. Presso l'Istituto Paul Scherrer PSI questa potenzialità viene già sfruttata, ad esempio nell’esperimento di diffrazione neutronica CAMEA (Continuous Angle Multi-Energy Analysis: Analisi multi-energia ad angolo continuo) che si svolge nella sorgente svizzera di neutroni di spallazione SINQ. Lì l'obiettivo primario consiste nel supportare i ricercatori ospiti che conducono i propri esperimenti presso l'Istituto Paul Scherrer PSI. AiiDAlab facilita loro l’accesso in sicurezza agli archivi dati del PSI, dove vengono registrati i risultati degli esperimenti. Talvolta si tratta di quantità di dati molto consistenti.
Di conseguenza, la configurazione di un accesso informatico per visualizzare e analizzare questi dati risulta un'operazione piuttosto complessa per le persone non dotate di conoscenze tecniche piuttosto approfondite. AiiDAlab si fa carico dell’autenticazione e dell’orchestrazione del trasferimento dei dati, arrivando fino alla rappresentazione grafica dei risultati in tempo reale. "Gli utenti devono semplicemente aprire un browser ed effettuare il login ad AiiDAlab ", afferma Bainglass.
Grazie alla gestione semplificata dei programmi di simulazione, AiiDAlab è adatto anche alla didattica. Nel quadro di progetti pilota, sia durante un regolare corso universitario che in occasione di brevi workshop, è emerso che, con l’ausilio di AiiDAlab, gli studenti sono stati in grado di utilizzare con esito positivo anche software di ricerca avanzati come Quantum ESPRESSO per lo svolgimento di esercizi, perfino senza conoscenze pregresse.
Sia AiiDA che AiiDAlab sono stati sviluppati nell’ambito del Polo di ricerca nazionale (PRN) MARVEL e hanno ricevuto inoltre diversi altri finanziamenti svizzeri ed europei.
"In futuro vogliamo ampliare ulteriormente il campo di applicazione di AiiDAlab, all’interno dell'Istituto Paul Scherrer PSI, estendendolo ad esempio ad altre linee di fascio della sorgente svizzera di neutroni di spallazione SINQ, come ICON (impianto di imaging a neutroni freddi), dove i neutroni vengono utilizzati per l'imaging diagnostico non distruttivo”, afferma Pizzi. Il feedback degli utenti, sia all’interno del PSI che all’esterno, è, a suo parere, di fondamentale importanza.