Hobza

Počítačové návrhy nových léků

Výzva: 10. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Pavel Hobza
Prof. Pavel Hobza z Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd České republiky se zabývá počítačovými návrhy nových léků. Jeho projekt „In silico drug design“ získal 7 425 000 jádrohodin v rámci 10. Veřejné grantové soutěže. Získané výpočetní prostředky využije tým prof. Pavla Hobzy na vývoj metod pro virtuální hledání léčiv. Tento přístup využívá molekulární modelování (dokování a skórování) k identifikování vhodných látek pro vývoj nových léčiv a je prakticky využíván farmaceutickým průmyslem. Kvůli vysokým požadavkům na rychlost výpočtů je však stále spolehlivost těchto metod nízká. S pomocí našich supervýkonných počítačů dokáží vědci z týmu prof. Hobzy předvídat pomocí přesných kvantově-chemických výpočtů jak strukturu léku v aktivním místě proteinů tak i jejich schopnost se vázat, což napovídá o jejich léčebných účincích. Nedávno publikovaný přístup je v současné době využíván ve spolupráci s předními farmaceutickými společnostmi.

 

Jaros

Simulace a plánování ultrazvukových chirurgických zákroků

Výzva: 10. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Jiří Jaroš
Na výzkum v oblasti výpočetních simulací šíření ultrazvuku v živých tkáních získal výzkumný tým Dr. Jiřího Jaroše 2 678 000 jádrohodin. Vědci se zabývají cíleným ultrazvukem, který nachází uplatnění v neinvazivní terapii pro léčení rakoviny a dalších nemocí. Cílený ultrazvuk pracuje na principu vysílání soustředěných paprsků ultrazvukových vln o vysoké intenzitě do živé tkáně. Lékaři tak mohou pacienta zbavit nádoru bez invazivního zákroku (chirurgické operace). Výsledky ultrazvukové operace nicméně ovlivňují mnohé faktory, jako například přítomnost kostí, velkých cév, nebo tuková vrstva obalující orgány. Tyto faktory vedou k oslabení, rozptýlení a odrazům ultrazvukové vlny, která pak nemá dost energie v požadovaném místě. Přidělenou alokaci proto využije výzkumný tým z Vysokého učení technického v Brně pro hodnocení přesnosti a optimalizaci modelů šíření ultrazvuku v živých tkáních.

 

Brzobohaty

ESPRESO FEM – Modul přenosu tepla

Výzva: 10. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Tomáš Brzobohatý
Projekt Dr. Tomáše Brzobohatého „ESPRESO FEM – Heat Transfer Module“ získal 2 425 000 jádrohodin. Výzkumný tým se bude zabývat vývojem a testováním komplexní a masivně paralelní knihovny založené na metodě konečných prvků, pro simulaci problémů přenosu tepla a jejich optimalizaci. Součástí knihovny je masivně paralelní iterační řešič ESPRESO vyvíjený na IT4Innovations.

 

Komm

PIC simulace distribuce tepelného toku na komponenty stěn termojaderného reaktoru a experimenty v tokamaku WEST

Výzva: 10. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Michael Komm
Vědci z Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd České republiky se věnují výzkumu spojenému s mezinárodním dlouhodobým úsilím o ovládnutí termojaderné fúze. Projekt Dr. Michaela Komma získal 300 000 jádrohodin v rámci 10. Veřejné grantové soutěže a zabývá se modelováním depozice tepla neseného částicemi plazmatu na komponenty první stěny (plasma-facing components, doslovně části reaktoru dívající se na plazma). Výzkum je zaměřený na experimenty na tokamaku WEST, který se nachází v Cadarache v jižní části Francie, a ve kterém se budou testovat prototypy komponentů určených pro budovaný tokamak ITER. ITER by měl jako první fúzní zařízení produkovat více energie, než kolik spotřebuje, což je ovšem spojeno s extrémními tepelnými toky, které jsou na hranici materiálových možností komponent první stěny. Cílem projektu Akademie věd ČR je zjistit, zda je porozumění interakce plazmatu s komponentami první stěny dostatečně přesné pro úspěšný provoz termojaderného reaktoru.

 

Zeleny

Počítačové modelování martensitických transformací ve slitinách Ni-Mn-Ga

Výzva: 10. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Martin Zelený
Už jste slyšeli o magnetických slitinách s tvarovou pamětí? Na Univerzitě Karlově se vědci zabývají zkoumáním právě těchto kovových slitin, které dokáží obnovit svůj původní tvar i rozměry v magnetickém poli. Slitiny s tvarovou pamětí jsou tvořené na míru podle požadavků člověka a říká se jim inteligentní materiály. Disponují schopností získat svůj původní tvar vlivem tepla, napětí anebo magnetismu. Jev tvarové paměti je způsoben tím, že kov přechází při zmíněných vlivech z jedné krystalické struktury do jiné, která je za daných podmínek energeticky nejvýhodnější. Pro jevy tvarové paměti je nutnou podmínkou martensitická fázová transformace. Tuto změnu lze vyvolat teplotní změnou, tlakem, nebo právě magnetických polem. Hlavním cílem projektu Dr. Martina Zeleného z Univerzity Karlovy je modelování martensitických transformací (přechodů) slitin na bázi Ni-Mn-Ga, které mohou být vlivem vnějšího magnetického pole (vratně) deformovány až o 12 %. Projekt získal 1 468 000 jádrohodin a jeho výsledky budou využity při navrhování nových inteligentních materiálů se širokou škálou využití, jako například pro pohonné jednotky, senzory a magnetické chladící systémy.

 

Janko

Role hybridizace při vzniku asexuálních linií u ryb

Výzva: 9. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Karel Janko
Vědci z Ostravské univerzity se zabývají velmi zajímavým tématem – asexuálním rozmnožováním u ryb. Zaměří se na ryby z čeledi sekavcovitých (Cobitidae), které jsou v Evropě rozšířené. Možná znáte některé zástupce této čeledi vyskytující se u nás: piskoře pruhovaného či sekavce písečného. Rozmnožovací schopnosti těchto ryb mohou být opakovaně narušovány mezidruhovým křížením. Mezidruhové křížení může vést ke vzniku tzv. asexuálních jedinců: neplodných samců a samiček, které plodné jsou, nicméně pohlavně se nerozmnožují. Rozmnožují se totiž klonálně. Asexuálním samičkám stačí, aby pohlavními buňkami plodných (nezkřížených) samečků pouze vývoj vajíček nastartovaly, bez nutnosti procesu oplození. Potomstvem jsou pak výhradně dcery, klony své matky. Proč při mezidruhovém křížení vznikají jedinci rozmnožující se výhradně klonálně? Představuje vznik takovýchto nepohlavních jedinců neodmyslitelný krok v evolučním procesu vzniku nových druhů? Na tyto a další otázky budou hledat odpovědi za pomoci našich superpočítačů vědci pod vedením Dr. Karla Janka v rámci projektu, který získal 5 000 000 jádrohodin.

 

Hritz

Studium komplexů proteinů spojovaných s neurodegenerativními onemocněními

Výzva: 9. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Jozef Hritz
Vědecký tým pod vedením Dr. Jozefa Hritze využije našich superpočítačů pro studium komplexů proteinů 14-3-3, které jsou spojovány s onkologickými a neurodegenerativními onemocněními, jako jsou Alzheimerova a Parkinsonova choroba. Statická molekulární struktura těchto proteinů byla na atomární úrovni již prostudována díky experimentálním technikám, rentgenové krystalografii nebo nukleární magnetické rezonanci. Jejich dynamika však zatím není dobře prozkoumána. Studium dynamických vlastností je pro pochopení vzniku těchto komplexů důležité, protože tato znalost umožní cíleně zasáhnout do procesů zodpovědných za vznik a průběh Alzheimerovy a Parkinsonovy choroby. Vědci z Masarykovy univerzity by chtěli tyto změny popsat a tím přispět k pochopení obou neurodegenerativních chorob. Projekt Dr. Jozefa Hritze získal 3 300 000 jádrohodin.

 

Strakos

Detekce a měření fraktur očnic ze snímků počítačové tomografie

Výzva: 9. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Petr Strakoš
Výzkumný tým na IT4Innovations implementuje moderní postupy informačních technologií v diagnostických metodách medicíny. Zaměřuje se na přesnou detekci a měření fraktur očnic ze snímků počítačové tomografie (CT) ve spolupráci s lékaři z Fakultní nemocnice Ostrava. Cílem projektu, který získal 200 000 jádrohodin, je vyvinout nové metody, popřípadě vylepšit ty stávající, pro analýzu CT snímků, a to díky filtraci a segmentaci obrazů a vývoji paralelních algoritmů pro rekonstrukci 3D modelů. Algoritmy budou použity pro analýzu poúrazových ošetření u pacientů s očním poraněním.

 

Merta

Vývoj knihovny BEM4I

Výzva: 9. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Michal Merta
Vědci z IT4Innovations pokračují ve vývoji knihovny paralelních řešičů založených na metodě hraničních prvků (BEM4I). V rámci předchozího projektu byla knihovna BEM4I akcelerována pomocí koprocesorů Intel Xeon Phi (Knights Corner, KNC), což doplnilo již existující a funkční paralelizaci pomocí OpenMP a MPI. V této fázi se se zaměří na další optimalizace kódu a jeho testování na nové generaci procesorů Intel Xeon Phi (Knights Landing, KNL). Cílem projektu, který získal 350 000 jádrohodin, je vyvinout efektivní knihovnu pro rychlé řešení hraničních integrálních rovnic. Vědci se budou zabývat vektorizací sestavení systémových matic a paralelizací v distribuované paměti. BEM4I bude možné využít při řešení reálných inženýrských problémů z oblasti šíření zvuku a úloh tvarové optimalizace.

 

Jungwirth

Konformační změny a membránová vazba rekoverinu, neuronálního vápníkového senzoru

Výzva: 7. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Pavel Jungwirth
Věděli jste, že existuje protein rekoverin? Nachází se v oku, kde reguluje citlivost buněk fotoreceptorů a umožňuje nám tak adaptaci zraku na měnící se světelné podmínky. Tento protein je citlivý na vápník. Vědci z Akademie věd České republiky využili superpočítače pro simulace molekulární dynamiky strukturálních změn rekoverinu a jeho vnoření do buněčné membrány po navázání iontů vápníku. Získaný počítačový obrázek dynamiky rekoverinu napomůže lépe pochopit důležité molekulové detaily spojené s procesem vidění.

 

Huszar

Simulace klimatických modelů na regionální úrovni

Výzva: 7. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Peter Huszár
Všeobecně se předpokládá, že města se přehřívají hlavně proto, že je v nich málo zeleně. Většina plochy ve městech je zastavěna různými stavbami, protkaná chodníky a cestami. Vlastnosti betonu, asfaltu, a souvislé zástavby se od přírodních povrchů (např. nezakrytá půda, vegetace) velmi liší. Umělé povrchy absorbují sluneční záření, akumulují teplo, nejsou schopné vázat a uvolňovat vodu (na rozdíl od vegetace). V létě je tak pobyt ve velkém městě nesnesitelný a jeho obyvatelé doslova utíkají k vodě. Za pomoci superpočítačů simulovali vědci z Univerzity Karlovy pod vedením Petera Huszára využitím nejnovějších klimatických modelů vliv měst a obecně městských povrchů (nejen) na teplotu povrchu. Při modelování brali v potaz například fenomén tepelného ostrova města, zahrnuli efekty turbulence v městské zástavbě, toky tepla a záření mezi vzduchem v uličním kanálu a okolními budovami. Vědci také za pomoci našich superpočítačů předpověděli (až do roku 2099) pravděpodobné budoucí klimatické podmínky ve městech vč. jejich vlivu na regionální klima.

 

Hradis

Konvoluční neuronové sítě pro rekonstrukci obrazu

Výzva: 7. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Michal Hradiš
Vědci z VUT Brno se věnují rekonstrukci obrazu a konvolučním neuronovým sítím, nejúspěšnější metodě strojového učení současnosti. Konvoluční neuronové sítě se v rámci rekonstrukce obrazu využívají například pro zvyšování rozlišení, doplňování poškozených částí a zaostřování fotografií. Tým Dr. Michala Hradiše se zaměřuje na dva základní typy obrazových degradací a jejich obnovení: ztrátová komprese a rozmazání pohybem. Významných úspěchů dosáhli například pro zaostření rozmazaných fotografií textu z mobilních telefonů a rozpoznání státních poznávacích značek automobilů z dopravních kamer. A protože je trénování konvolučních sítí pro rekonstrukci obrazu výpočetně náročné (velké sítě se na nejnovějších GPU trénují například měsíc), využili naše superpočítače.

 

Kalus

Modelování elementárních procesů ve studeném plazmatu vzácných plynů

Výzva: 7. a 9. kolo Interní grantové soutěže
Hlavní řešitel: René Kalus
Vědci z VŠB – Technické univerzity Ostrava a z Université Toulouse III Paul Sabatier se zajímají o studené plazma vzácných plynů (helium, neon, argon, krypton, xenon), které nachází využití v mnoha oblastech medicíny, např. při povrchové sterilizaci, hojení ran, inaktivaci rakovinných buněk či ovlivnění procesu koagulace (srážení) krve. Pro pochopení procesů vedoucích k hojivým vlastnostem studeného plazmatu je nutné porozumět tomu, co se děje uvnitř plazmatu a co se s ním děje i po vstupu do vnějšího prostředí (při kontaktu se vzduchem). Výzkumníci se zabývají simulacemi srážek částic v nosných plynech a pro nejbližší budoucnost připravují jejich rozšíření na srážky primárních iontů nosných plynů s molekulami vzduchu. A jelikož jsou tyto simulace výpočetně náročné, zejména pak v případě molekulových iontů, využívají vědci našich superpočítačů.

 

Dolezal

Molekulární dokování a vysoce výkonné počítače

Výzva: 5. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Rafael Doležal
Molekulární dokování (docking) patří mezi metody často užívané v racionálním vývoji léčiv. Umí pro malé molekuly léčiv a přislušné receptory najít optimální uspořádání, v jakém spolu mohou reagovat. Molekuly jsou uvažovány jako flexibilní struktury, které mohou měnit svůj tvar, což značně zvyšuje náročnost prováděných výpočtů. Vědci z Univerzity Hradec Králové využívají k dokování superpočítače, protože se zaměřují na hledání potenciálních léčiv v databázích s miliony chemických struktur. Pomocí počítačových metod se snažili navrhnout nejvýkonnější algoritmus simulace interakcí mezi enzymem acetylcholinesteráza a vybraným potencionálním léčivem na Alzheimerovu chorobu.

 

Kovacik

Struktura lidské mitochondriální proteázy Lon

Výzva: 5. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Lubomír Kováčik
Eukaryotické buňky našeho těla představují komplikovaný biochemický systém, který pro svou činnost využívá energii v podobě adenosin-trifosfátu (ATP). Zdrojem ATP jsou mitochondrie, buněčné organely, v jejichž nitru se nachází více než tisíc proteinů umožňujících jejich správnou funkci. Jedním z nich je Lon proteáza, která se podílí zejména na rozkládání pro buňku toxických proteinů a na udržování rovnováhy vnitřního prostředí v mitochondriích. Změna množství Lon proteázy, které buňka produkuje, je ukazatelem nerovnováhy a je spojena s řadou závažných onemocnění, jako je epilepsie, myopatie, paraplegie a rakovina. Ukazuje se také, že Lon proteáza by mohla být využita při léčbě rakoviny. Proto je důležité zjistit o Lon proteáze co nejvíce. Doposud chybí například informace o jeho celé struktuře a o změnách v průběhu jejích funkčního cyklu. Vědcům z Karlovy univerzity se za pomoci superpočítačů podařilo stanovit 3D strukturu lidské mitochondriální Lon proteázy v celé jeho délce. Jsou tak o krok blíže k poznání studovaného proteinu a možné léčbě zmíněných onemocnění.

 

Hrusak

Reakce excitovaných iontů kyslíku s metanem relevantní pro atmosféru Titanu

Výzva: 5. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Jan Hrušák
Titan, měsíc Saturnu, je pozoruhodný objekt Sluneční soustavy. Vědce zajímá již delší dobu, protože je podobný naší Zemi. Kosmická sonda Cassini kolem něj uskutečnila velké množství průletů, aby bylo o tomto měsíci zjištěno více. Zjistilo se, že Titan má kamenný povrch, hustou atmosféru a dokonce na něm najdeme dešťové srážky a jezera metanu. Je přitom jen o něco větší než planeta Merkur. Atmosféra Titanu je tvořena hlavně kyslíkem, dusíkem a metanem. Vědci z Akademie věd České republiky se zaměřili na simulace reakce metanu s kyslíkem a pro výpočty kvantové chemie využili superpočítač. Díky přítomnosti excitovaných atomů kyslíku v atmosféře Titanu mohou vytvořit molekuly nutné pro vznik života. Simulovali podobné podmínky, jaké panovaly na povrchu mladé Země.

 

Velimsky

Modelování oceánského proudění a jeho magnetické stopy

Výzva: 5. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Jakub Velímský
Výpočetní zdroje národního superpočítačového centra umožnily vědcům z Univerzity Karlovy prozkoumat magnetickou stopu oceánského proudění, které je poháněno slapovými jevy (jejichž důsledkem je také příliv a odliv) i interakcí s atmosférou. Voda v oceánech obsahuje vysoké koncentrace rozpuštěných solí a vede tedy dobře elektrický proud. Hlavní magnetické pole Země indukuje v protékající vodě elektrický proud a pak vzniká i sekundární magnetické pole. Výzkum vědců z Univerzity Karlovy by mohl otevřít cestu k satelitnímu sledování oceánského proudění a přispět ke studiu globálních změn klimatu.

 

Wunsch

Původ hvězd druhé generace v kulových hvězdokupách

Výzva: 5. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Richard Wünsch
Vědci z Akademie věd České republiky studují kulové hvězdokupy, kompaktní skupiny řádově stovek tisíc hvězd. V naší galaxii, Mléčné dráze, se takových hvězdokup nachází asi 150. Jejich stáří je srovnatelné se stářím vesmíru a způsob jejich vzniku je jednou z největších záhad současné astrofyziky. Pozorování moderními přístroji, jako např. Hubbleovým vesmírným teloskopem, totiž odhalila překvapivé a těžko vysvětlitelné chemické složení hvězd těchto hvězdokup. Ukázala např., že u dané kulové hvězdokupy se jednotlivé hvězdy prakticky vůbec neliší obsahem železa. To silně podporuje představu, že celá hvězdokupa vznikla z jednoho oblaku plynu. Na druhou stranu se ale hvězdy hvězdokupy liší v obsahu některých lehkých prvků, např. helia nebo kyslíku, a to naznačuje, že hvězdy vznikaly ve více generacích, a mladší generace obsahují prvky vytvořené generacemi staršími. Na našem superpočítači simulovali vědci pod vedením Richarda Wünsche vznik druhé generace hvězd. Vypracovali model, podle kterého druhá generace vznikla z materiálu hvězdných větrů - proudu částic, který uniká z atmosféry hvězd první generace.

 

Sistek

Paralelní řešiče pro proudění podzemní vody

Výzva: 4. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Jakub Šístek
Vědci pod vedením Jakuba Šístka z Matematického ústavu Akademie věd dále vyvíjeli a optimalizovali své programy pro řešení rozsáhlých soustav rovnic. Ty využili ve spojení se simulátorem toku podzemních vod vyvíjeným na Technické univerzitě v Liberci. Jako dvě zájmové lokality si vybrali jedno z možných míst pro vybudování bezpečného podzemního úložiště jaderného odpadu a okolí Bedřichovského tunelu v Jizerských horách. Pomocí superpočítačů se jim podařilo optimalizovat řešič a vyřešit rozsáhlé problémy s až 15ti milióny neznámými při zachování paralelní škálovatelnosti.

 

Behounkova

Výpočetní planetologie: Časové změny aktivity vodních erupcí na Enceladu a jeho vnitřní struktura

Výzva: 3. a 4. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Marie Běhounková
Enceladus, měsíc planety Saturn, je jedním s nejaktivnějších těles sluneční soustavy. Má velmi mladý povrch a ze zlomů v okolí jižního pólu jsou pozorovány výtrysky materiálu - gejzíry. Zkoumání složení a aktivity těchto gejzírů může pomoci odpovědět na otázku, zda by na Enceladu mohl existovat život. Výzkumem Enceladu se zabývají i vědci z Univerzity Karlovy. Marie Běhounková se pokusila určit model vnitřní struktury, který nejlépe vysvětluje časování aktivity gejzírů v průběhu oběhu Enceladu kolem Saturnu. Přispěla k optimalizaci výpočetního kódu tak, aby bylo možno provést řádově stovky výpočtů pro různou vnitřní strukturu. Naše superpočítače zpracovaly numerické výpočty a výsledky simulací přispěly k pochopení odezvy ledové slupky Enceladu na slapové síly pro různé možné vnitřní struktury

 

Paralelizace kalibrace a simulace neurčitostí modelu pro predikci povodní

Výzva: VI. kolo Interní grantové soutěže
Hlavní řešitel: Štěpán Kuchař
Alokace: 117 000 core hours Na světě existuje mnoho druhů přírodních katastrof a mnoho z nich závisí na zeměpisné poloze sledované oblasti. Povodně jsou jedním z nejhorších a nejčastěji se opakujících typů přírodních katastrof v našem regionu. Proto je důležité poskytovat přesné a včasné informace o současné situaci záplav. Tento projekt se zabývá metodami paralelizace kalibrace a neurčitosti v modelování srážko-odtokových modelů, hydrodynamických modelů a zpracování vstupních dat s větší přesností. Cílem je zajistit přesnější výsledky, které mohou být poskytnuty krizovým štábům. Kromě toho mohou metody pro modelování neurčitosti poskytnout nejhorší a nejlepší možné scénáře o vývoji situace. Hydrodynamické modely mohou popsat chování povodňové vlny a vizualizovat zaplavené oblasti.

Ultra-rychlá demagnetizace

Výzva: VI. kolo Interní grantové soutěže
Hlavní řešitel: Dominik Legut
Alokace: 1 250 000 core hours I přes nedávný pokrok ve vývoji nových materiálů pro uložení dat, průmysl stále masivně využívá magnetických zařízení. Příkladem jsou pevné disky (HDD). I po představení tzv. SSD disků, které zrychlily čtení a zápis, avšak mají menší kapacitu, se předpokládá, že disky založené na efektu obří magnetické rezistence nebo tunelovací magnetické rezistence zůstanou po nějakou dobu ještě na trhu. Zlepšení parametrů HDD je tedy důležitou otázkou. V našem výzkumu se chceme zaměřit na studium interakce mezi laserovým paprskem a magnetickým médiem. Pomocí laserového paprsku budeme měnit magnetický moment v materiálu na atomové úrovni a tím budeme schopni zapsat datový tok. Tato technologie zápisu bude extrémně rychlá a povede k větší kapacitě datových médií.

Numerické simulace v planetologii

Výzva: III. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Marie Běhounková
Alokace: 64 000core hours Výrazná vulkanická aktivita na Jupiterově měsíci Io, aktivita u jižního pólu Saturnova měsíce Enceladus i pravděpodobná přítomnost vody na Jupiterově měsíci Europa a na dalších ledových měsících ukazují na přítomnost silného zdroje energie vlivem slapové deformace. Metodou numerických simulací zkoumáme teplotní vývoj a vnitřní dynamiku silně slapově zahřívaných těles. Soustředíme se na tavení ledu a transport vody a dlouhodobou udržitelnost vodních oceánů na ledových měsících sluneční soustavy. Cílem tohoto projektu je interpretace dat získaných z vesmírných misí a zlepšení chápání planetárních procesů.

Kožní simulace

Výzva: III. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Žofie Sovová
Alokace: 64 000core hours Vrchní vrstva kůže, stratum corneum, je tvořená zrohovatělými buňkami (korneocyty), které jsou spojeny lipidovou matricí. Tato matrice, která je tvořená především ceramidy, cholesterolem a volnými mastnými kyselinami, může být narušena látkami z vnějšího prostředí, např. detergenty a kosmetikou. Vzniklá nerovnováha může vést k závažným kožním onemocněním. Cílem projektu je ověřit stabilitu a charakterizovat modely lipidové matrice strata corneum navržené na základě experimentů. Projekt je řešen teoretickou metodou coarse-grainové molekulární dynamiky, která umožňuje zobrazit molekuly v systému. Výsledky budu možno využít ve farmakologii a fyziologii, kde pomohou porozumět kožním onemocněním, ale i v průmyslu, kde by mohl iniciovat tvorbu nové kosmetiky a čisticích prostředků.

Výpočet schopnosti fosfopeptidů vázat se na proteiny skupiny 14-3-3

Výzva: II. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Jozef Hritz
Proteiny skupiny 14-3-3 jsou součástí každé eukaryotické buňky. Hrají důležitou roli v buněčném cyklu při regulaci, řízeném odumírání buněk a při genové expresi. Tyto proteiny jsou ale rovněž spojovány s onkogenními a neurodegenerativními chorobami. Cílem tohoto výzkumu je za pomocí superpočítače vypočítat vazebnou afinitu těchto proteinů s vybranými fosfopeptidy. Příprava dostatečného množství fosforylovaných peptidů pro laboratorní testy je téměř nemožná. Po ověření vypočtených dat bude možné stejnou metodu použít pro téměř všech 850 známých vazebných partnerů. Výsledky mají své použití v neurobiochemii při výzkumu neurodegenerativních onemocnění.

Modelování kvality ovzduší v prostředí městských aglomerací

Výzva: II. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Jaroslav Resler
Kvalita ovzduší je důležitým faktorem ovlivňujícím zdraví a kvalitu života velké části populace. Doprava se na znečišťování ovzduší významně podílí hlavně ve velkých městech. Zásadním nástrojem pro kvantitativní určení dopadu dopravy i dalších zdrojů znečištění na kvalitu ovzduší jsou simulace, jejichž výsledky pomáhají při efektivním zavádění nápravných opatření. Hlavním cílem projektu je vytvořit pilotní simulaci kvality ovzduší pomocí Eulerovského chemického transportního modelu (CTM) ve velmi vysokém rozlišení se zaměřením na silně urbanizované oblasti. Pro simulace bude využita verze numerického modelu počasí speciálně konfigurovaná pro městské oblasti a návazný CTM umožňující modelovat koncentrace primárních i sekundárních látek v ovzduší. Takto koncipovaný modelový systém by měl přinést nové možnosti při zkoumání závislostí emisních zdrojů a znečištění ovzduší.

Simulace průtoku krve pro specifickou geometrii pacienta

Výzva: II. kolo Veřejné grantové soutěže
Hlavní řešitel: Jaroslav Hron
Motivací tohoto výzkumu je otázka, zda matematické modelování může lékařům pomoci s rozhodováním při léčení určitých stavů kardiovaskulárního systému, jmenovitě aneurysmatu. Aneurysma je specifické lokální rozšíření cévní stěny, jehož prasknutí (ruptura) může být fatální. S rostoucí popularitou počítačové tomografie a magnetické rezonance je aneurysma často diagnostikováno jako vedlejší diagnóza. Nabízí se otázka, zda je možné identifikovat indikátory poukazující na zvýšené riziko jeho případné ruptury. Geometrie každého případu je unikátní a vyžaduje přesné výpočty. Důležitou roli, zde hrají reologické poměry krve a přidružené chemické reakce jako například proces koagulace a také interakce s cévními stěnami. Přesná identifikace, které z těchto faktorů jsou pro rozhodnutí lékařů o léčbě nejdůležitější, vyžaduje rozsáhlé výpočty, které jsou náročné na výpočetní zdroje.

Modelování a tvarová optimalizace periodických nanostruktur

Výzva: III. kolo Interní grantové soutěže
Hlavní řešitel: Lukáš Halagačka
Tento projekt je zaměřen na modelování a optimalizaci optické a magnetooptické odezvy periodických struktur. Protože šíření světla v komplexních strukturách nelze popsat pomocí jednoduchých modelů, je potřeba pokročilé metody numerické modelování. Pro zvolenou oblast výzkumu byl vyvinut, implementován a optimalizován simulační software založen na metodě vázaných módů (RCWA, Rigorous Coupled Wave Algorithm). Modelováním a tvarovou optimalizací byly studovány 1D periodické nanostruktury, které skýtají aplikační potenciál v oblastech optických telekomunikačních technologií, ochranných holografických prvcích a solárních článcích 3. generace s vyšší účinností.

Podpora projektu EXA2CT

Výzva: III. kolo Interní grantové soutěže
Hlavní řešitel: David Horák
V současnosti je pouze jedno procento kódů připraveno pro nasazení na stroje s desítkami či stovkami tisíc jader, přičemž již jsou k dispozici superpočítače s více než třemi milióny jader. Projekt EXA2CT se zabývá vývojem nových a optimalizací stávajících algoritmů s cílem efektivně využít tyto stroje a rovněž budoucí generace superpočítačů označované jako exascale systémy. Nejslabší částí paralelních výpočtů je komunikace probíhající mezi výpočetními jádry, proto se první fáze projektu věnuje přeuspořádání existujících škálovatelných algoritmů tak, aby se tato výměna informací mezi jádry skryla či omezila.

BEM4I

Výzva: III. kolo Interní grantové soutěže
Hlavní řešitel: Michal Merta
Cílem projektu BEM4I je vývoj stejnojmenné knihovny paralelních řešičů založených na metodě hraničních prvků. Tuto metodu lze efektivně využít např. k modelování šíření zvuku kolem karoserie auta, šíření elektromagnetických vln, vedení tepla nebo při optimalizaci tvaru nejrůznějších součástek. Protože se však jedná o výpočetně a paměťově poměrně náročný proces, je třeba jej vhodně paralelizovat a přizpůsobit pro provoz na clusteru ANSELM. Po dokončení může knihovna sloužit také komerčním partnerům IT4Innovations.

Simulace chování čistých a dopovaných klastrů molekul vody při nenulovém tlaku

Výzva: III. kolo Interní grantové soutěže
Hlavní řešitel: Aleš Vítek
Tento projekt je zaměřen na počítačové modelování fyzikálně-chemických vlastností sub-nano systémů, shluků (klastrů) molekul vody s příměsovou částicí. Konkrétně se jedná o příměsi tvořené atomy vzácných plynů, molekulou metanu a oxidu uhličitého. V makroskopickém měřítku molekuly vody vytváří „klecovou“ strukturu obsahující tyto hydrofobní částice. Cílem projektu bude zkoumání, za jakých termodynamických podmínek (nenulová teplota a tlak) shluky několika málo molekul vody (řádově 20 molekul) vytvoří kolem příměsové molekuly obdobnou klec tvořenou molekulami vody. Pro numericky náročné simulace budou mimo jiné použity nejaktuálnější výpočetní metody rozvíjené na ústavu IT4Innovations. Tento dílčí projekt je součástí širší spolupráce s Consejo Superior de Invetsigationes Científicas, Madrid (prof. Pablo Villarreal) a svou povahou spadá do základního výzkumu. Rozpouštění např. molekul oxidu uhličitého či molekul metanu ve vodě při nízkých teplotách a tlacích však souvisí s velmi aktuálními tématy, jako je např. globální oteplování či hledání nových zdrojů energie.

Nízkodimensionální magnetické systémy

Výzva: II. kolo Interní grantové soutěže
Hlavní řešitel: Dominik Legut
Jedno a dvourozměrné magnetické systémy jsou vhodnými kandidáty pro další vývoj současné technologie obří magnetorezistence (GMR) nebo také tunelovací magnetoresistence (TMR). Obě tyto metody jsou komerčně využívány pro výrobu čtecích či záznamových hlav pevných disků, senzory pro zrychlení a pro detekci orientace slabých magnetických polí. Tento výzkum spočívá v napodobení chování více vrstevnatých materiálů použitím sloučenin, které vykazují jedno nebo dvourozměrné magnetické uspořádání. Tyto materiály vykazují vysokou magnetickou frustraci, tj. orientaci magnetického momentu. S využitím prvoprincipiálních (ab initio) výpočtů jsme schopni stanovit míru této frustrace, velikost magnetických interakcí a tedy přesně určit magnetické uspořádání v těchto nízkodimenzionálních systémech.

Využití knihovny MatSol pro vývoj a testování algoritmů

Výzva: II. kolo Interní grantové soutěže
Hlavní řešitel: Oldřich Vlach
Knihovna MatSol, kterou výzkumníci z IT4I vyvinuli pro výpočty úloh z oblasti mechaniky, je napsána v MatLabu, který umožňuje rychlý vývoj kódu. Naopak v jazycích C nebo Fortran je implementace a debugging časově náročnější. Knihovna MatSol bude proto použita pro testování nových algoritmů, aby bylo možné rozhodnout, zda je daný algoritmus vhodný pro implementaci v náročnějším jazyce, nebo je potřeba jej upravit.

Modelování srážkových procesů v nízkoteplotním plazmatu vzácných plynů

Výzva: II. kolo Interní grantové soutěže
Hlavní řešitel: René Kalus
Nízkoteplotní plazma na bázi vzácných plynů se zdá být nadějným prostředkem pro využití v medicíně. Bylo například experimentálně prokázáno, že je velmi efektivní při sterilizaci povrchů, léčení ran, ale také například při inaktivaci nádorových buněk. Cílem tohoto projektu je modelování elementárních srážkových procesů, převážně pak vzájemných srážek částic plazmatu a jejich interakce s elektromagnetickým zářením. Výsledky tohoto mikroskopického modelování umožní následně studium plazmatu na makroskopické úrovni a optimalizaci jeho generátorů (bude provedeno ve spolupráci s Univerzitou Paula Sabatiera v Toulouse, Francie). Posun našeho poznání lze tudíž očekávat nejen v oblasti základního výzkumu, ale také při vývoji nových technologií na něm založených.

 

 

Norasit's Gallery (NorGal)

Axiálně a radiálně chlazené brzdové kotouče GCS

Brzdové kotouče s vnitřním chlazením, jinak větrané kotouče, jsou v současné době nejúčinnějším brzdovým systémem a v automobilovém průmyslu jsou široce využívány. V porovnání s bubnovými brzdami jsou mnohem lehčí a jejich systém chlazení je účinnější. Na druhou stranu jsou ale dražší a také náchylnější k poruchám způsobeným nečistotami. Výzkum se zaměřuje na optimalizaci proudění vzduchu v brzdovém kotouči a difuzéru s ohledem na pevnost kotouče a únavu materiálu. Matematické simulace na superpočítači významně pomohou navrhnout geometrii kotouče a difuzéru, jelikož poskytnou zdokonalenou vizualizaci proudění vzduchu, konvekce, kondukce a sálání tepla v prototypu. Bude tak možné minimalizovat deformace tvaru kotouče vlivem vysokých teplot a tlaku. Brzdový systém GCS může znamenat stejný krok vpřed na poli technologií brždění, jakým byl přechod z nevětraných k dnes již zavedeným větraným brzdovým kotoučům, jelikož autoři předpokládají, že GCS posiluje výhody větraných kotoučů a současně potlačuje jejich nevýhody.

letadla

Testování kódů pro výpočty proudění tekutin

Hlavním cílem tohoto projektu je testování škálovatelnosti volně dostupných a komerčních kódů zaměřených na výpočty proudění tekutin (CFD - Computational Fluid Dynamics). Využití superpočítače v oblasti CFD výpočtů je velice důležité, vzhledem k rozsáhlým nárokům tohoto typu výpočtů na výpočetní čas. Znalost chování použitých algoritmů v dostupných knihovnách hraje důležitou roli v budoucím efektivním využití malého clusteru při CFD výpočtech.Výsledky budou zpracovány do volně dostupné databáze zahrnující typické úlohy z oblasti proudění tekutin a budou použity pro budoucí spolupráci s externími partnery IT4Innovations.

 
c

Teplotní roztažnost materiálů pro reaktory 4. generace

4. generace rychlých jaderných reaktorů je založena na chlazení tavenými alkalickými solemi, v nichž je rovněž distribuováno jaderné palivo, například ve formě uranium - karbidových částic. Tato metoda umožňuje mnohem lepší přenos tepla i vyšší provozní teploty, a tím efektivnější průběh primárního cyklu. Možnými materiály pro toto použití jsou již zmíněné uranium – karbidové sloučeniny, které mají vysoké teploty tání cca 2500K.Některé z těchto sloučenin ale vykazují velmi neobvyklé změny rozměrů s růstem teploty. Hlavním cílem tohoto výzkumu je porozumění tomuto chování a také mapování fázových přeměn těchto sloučenin za použití prvoprincipiálních (ab initio) výpočtů, tj. postupech na základech kvantové mechaniky.

 
Washington State Flood

Testování výkonu a škálovatelnosti hydrologického modelu se vzdáleným přístupem

HPC (high performance computing) jako služba je novou oblastí hydrologického modelování, které má velký přínos pro koncové uživatele jako jsou povodňové komise, hasičské sbory, ale také široká veřejnost. Tito uživatelé potřebují výsledky hydrologických simulací získat v reálném čase, tak aby je mohli použít k informovanému rozhodování v krizových situacích.Testy této architektury pomohou posoudit a vylepšit její škálovatelnost, identifikovat možné nedostatky a celkově ji zefektivnit, tak aby bylo možné rychle reagovat na požadavky jejích uživatelů.

 
Blutzuckertest

Mechanismy enzymatických reakcí zkoumané pomocí Car-Parrinello ab initio molekulové dynamiky

Sacharidy hrají stěžejní úlohu v mnoha biologických procesech. Na povrchu buněk jsou často ve formě velmi rozvětvených glykokonjugátů. Na syntéze těchto glykokonjugátů se podílí řada enzymů. Narušení těchto enzymových aktivit může vést až k život ohrožujícím patologickým onemocněním jako jsou například diabetes, Alzheimerova choroba nebo rakovina.Cílem této studie je prozkoumat reakční mechanismy těchto enzymů na atomární úrovni, což může pomoci například při vývoji léků.

 
_MG_8838_laser

Simulace urychlování částic pomocí krátkých, velmi intenzívních laserových pulzů

Prostorová velikost a finanční náročnost současných konvenčních urychlovačů částic značně znesnadňuje jejich použití v medicíně, například pro léčbu nádorových onemocnění. Hlavním cílem tohoto výzkumu je pochopit režim urychlení částic vysoce intenzivním laserem. Tento výzkum může významně přispět k vývoji budoucích vysoce kvalitních a méně nákladných zdrojů protonůa rentgenového záření z urychlených elektronových paprsků. Ty se dají použít pro zobrazování velmi malých struktur o velikosti řádu nanometrů, například biologických vzorků, a také pro výzkum hmoty v astrofyzice.

Health care professionals working in laboratory.

Vývoj léků in silico

Systém vývoje léčiv pomocí počítačů si získal velkou pozornost díky svým výhodám, kterými jsou rychlost, nízké náklady a možnost vybrat vhodné složky pro syntézu a následný biologický screening. Cílem tohoto projektu je identifikování moderních ligandů, které se váží s léčebně relevantními proteiny. Tým se dlouhodobě zabývá výzkumem složek aktivních při léčbě rakoviny a syndromu získané imunitní nedostatečnosti (AIDS).

 
flocon

FloCon – projekt Výzkumného a zkušebního leteckého ústavu

FloCon je projekt zaměřený na ovlivnění mezní vrstvy na křídle moderních dopravních letadel pomocí vyfukování. Cílem je zvýšení aerodynamických výkonů a snížení dopadu na životní prostředí. Bude připraven, testován a ověřen výpočetní model pro moderní 3D numerické simulace proudění tekutin, který bude následně implementován do aerodynamického optimalizačního procesu.

 

 

2. listopadu se budeme účastnit již 2. ročníku Dne národních výzkumných infrastruktur
2. listopadu se budeme účastnit již 2. ročníku Dne národních výzkumných infrastruktur
Pozvánka na kurz Productivity tools for High Performance Computing (27-28/11/2017)
Kdy: pondělí 27. listopadu 2017 9.30 hod. – úterý 28. listopadu 2017 15.30 hod. Kde: […]
IT4Innovations Newsletter Q3/2017
IT4Innovations Newsletter Q3/2017
12. kolo Veřejné grantové soutěže
Veřejná grantová soutěž je vypisována pravidelně 3x ročně pro zaměstnance výzkumných, vědeckých a vzdělávacích organizací, […]
16. výzva PRACE Project Access a 6. výzva SHAPE Call for Applications
16. výzva PRACE Project Access Od 26. září 2017 do 26. listopadu 2017 je možnost […]
Všechny aktuality