MIT uruchamia nowe centrum badawcze w celu ulepszenia symulacji ekstremalnych środowisk

W ramach ekscytującego wydarzenia w świecie obliczeń o wysokiej wydajności Narodowa Administracja Bezpieczeństwa Jądrowego Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DOE/NNSA) wybrała prestiżowy Instytut Technologii w Massachusetts (MIT) do poprowadzenia przełomowej inicjatywy badawczej. To nowe przedsięwzięcie, znane jako Centrum symulacji w skali eksaskalowej sprzężonych oddziaływań między płynami o wysokiej entalpii a ciałami stałymi (CHEFSI) będzie stanowić integralną część czwartej fazy projektu Program Akademickiego Sojuszu Nauk Przewidywczych (PSAAP-IV).

Przekraczanie granic informatyki i wspieranie współpracy międzydyscyplinarnej

CHEFSI ma na celu zrewolucjonizowanie możliwości nauki obliczeniowej poprzez wykorzystanie mocy superkomputerów klasy eksaskalowej w połączeniu z najnowocześniejszymi algorytmami do symulacji zachowania materiałów w ekstremalnych warunkach – takich jak lot hipersoniczny czy powrót do atmosfery. Głębsze zrozumienie takich interakcji między gazami o wysokiej temperaturze a materiałami stałymi ma kluczowe znaczenie dla tak istotnych dziedzin, jak obrona narodowa, eksploracja kosmosu oraz systemy ochrony termicznej.

Ponadto inicjatywa ta stanowi przykład ogromnego wysiłku w zakresie współpracy między wieloma jednostkami MIT, w tym między Centrum Nauk Obliczeniowych i Inżynierii, ten Wydział Informatyki im. Schwarzmana, i Instytut Nanotechnologii dla Żołnierzy (ISN). Biorąc pod uwagę połączenie wiedzy specjalistycznej z dziedziny informatyki, inżynierii i badań materiałowych, można śmiało stwierdzić, że CHEFSI ma wszelkie predyspozycje, by stać się krajowym filarem w dziedzinie modelowania prognostycznego ekstremalnych środowisk fizycznych.

Główne cele i dynamika rozwoju

Priorytety CHEFSI wykraczają poza sam postęp naukowy. Odnosząc się do tego przedsięwzięcia, wiceprezes MIT ds. badań, Ian A. Waitz, podkreślił, że centrum wykorzysta znaczące atuty MIT w zakresie modelowania predykcyjnego, obliczeń o wysokiej wydajności oraz edukacji w dziedzinie STEM, aby umocnić pozycję Stanów Zjednoczonych w czołówce międzynarodowych innowacji naukowych i technologicznych. Ponadto doskonale wpisuje się to w misję samego MIT, polegającą na promowaniu badań, które w znacznym stopniu przyczyniają się do dobra społecznego, ze szczególnym naciskiem na bezpieczeństwo narodowe i zaawansowane technologie.

W zakresie badań naukowych CHEFSI planuje połączyć symulacje przepływów gazów o wysokiej entalpii z modelami analizującymi właściwości chemiczne, termiczne i mechaniczne materiałów stałych – to zunifikowane podejście ma na celu uwzględnienie złożonych zjawisk, takich jak ablacja, utlenianie, azotowanie i pękanie materiałów. Wnioski te mogą stanowić antidotum na ograniczenia tradycyjnych testów lotniczych, zapewniając dogłębne zrozumienie tego, jak różne materiały zachowują się i ulegają uszkodzeniom w ekstremalnych warunkach.

W skład zespołu kierowniczego tego ambitnego projektu wchodzą: Raúl Radovitzky, profesor aeronautyki i astronautyki im. Jerome’a C. Hunsakera oraz zastępca dyrektora ISN, Youssef Marzouk, współdyrektor Centrum Nauk Obliczeniowych i Inżynierii (CCSE) oraz prodziekan Schwarzman College of Computing, a także Nicolas Hadjiconstantinou, współdyrektor CCSE i profesor inżynierii mechanicznej. Wszystkie te wybitne umysły będą współpracować z multidyscyplinarnym zespołem wykładowców z takich wydziałów, jak aeronautyka i astronautyka, elektrotechnika i informatyka, materiałoznawstwo i inżynieria materiałowa, matematyka oraz inżynieria mechaniczna.

Oprócz działalności badawczej CHEFSI planuje kształcić przyszłe pokolenie, zapewniając studentom studiów magisterskich i doktoranckich oraz naukowcom z tytułem doktora możliwości udziału w badaniach o charakterze immersyjnym. Będzie to możliwe dzięki współpracy z laboratoriami krajowymi, takimi jak Lawrence Livermore, Los Alamos i Sandia, co da studentom szansę uczestniczenia w przełomowych badaniach, przyczyniając się jednocześnie do realizacji celów związanych z bezpieczeństwem narodowym.

Inwestycje i perspektywy na przyszłość

Jako jedno z pięciu nowych centrów symulacji predykcyjnych wybranych przez NNSA, CHEFSI ma otrzymać w najbliższych latach znaczną inwestycję – do $17,5 mln w ciągu pięciu lat. Ostateczny cel? Realizacja misji polegającej na tworzeniu i walidacji modeli obliczeniowych o wysokiej wierności przy użyciu połączenia danych eksperymentalnych, technik modelowania zastępczego opartych na sztucznej inteligencji oraz – tak – modeli fizycznych o wysokiej wierności w połączeniu z modelami zastępczymi opartymi na sztucznej inteligencji.

“Dzięki połączeniu tych elementów, wraz z walidacją eksperymentalną oraz – uwaga! – najnowocześniejszymi narzędziami obliczeniowymi klasy eksaskalowej, CHEFSI pomoże nam pogłębić wiedzę i przewidzieć, jak systemy ochrony termicznej sprawdzają się w jednych z najtrudniejszych warunków, z jakimi mają do czynienia systemy inżynieryjne” – mówi z entuzjazmem Radovitzky. Można śmiało stwierdzić, że zdobyta wiedza odegra kluczową rolę w projektowaniu odpornych systemów, wywierając wpływ na niezliczone zastosowania – od statków kosmicznych wielokrotnego użytku po pojazdy hipersoniczne.

Aby zapisać się na ten rewolucyjny kurs, zapoznaj się z oryginalnym ogłoszeniem pod adresem MIT News.