MASTER-UP:
BREVE PRESENTAZIONE
Antonio Laganà, Osvaldo Gervasi, Carlo Manuali, Valentina Piermarini,
Noelia Faginas Lago, Leonardo Pacifici, Antonio Riganelli
[email protected]
[email protected]
Dipartimento di Chimica, Dipartimento di Matematica e Informatica, Centro
Ateneo Servizi Informatici, Università degli Studi di Perugia, Italy
There is no science or art that cannot be taught to
everyone, …., and there are few things whose rules and
principles cannot be reduced to simple notions and put
in mutual relationships.
(D’Alambert, introduction to the Encyclopédie, 1751)
Sommario
• Presentazione di MASTER-UP
 Origini e Finalità
 I protagonisti
• Attività di ricerca legate a MASTER-UP
Presentazioni di MASTER-UP: origini e finalità
MASTER-UP è uno spinoff della Università di
Perugia che nasce dalla convergenza di
alcune linee di ricerca in calcoli di strutture
elettroniche e dinamica molecolare con
tecnologie informatiche di grid computing e
realtà virtuale.
L’obiettivo di MASTER-UP è l’utilizzo dei
prodotti della ricerca molecolare e informatica
per l’insegnamento, l’addestramento, la
pubblicità e il divertimento
Presentazioni di MASTER-UP: i protagonisti
MASTER-UP aggrega giovani
ricercatori universitari
provenienti dal Dipartimento di
Chimica e dal Dipartimento di
Matematica e Informatica
dell’Università degli Studi di
Perugia
Attività di MASTER-UP
• e-Learning (supporti didattici docenti di
discipline molecolari, gestione sito europeo di ECHEMTEST, editoria booke-book)
• Ambienti con materiali e procedure chimiche virtuali (ambienti di addestramento,
Laboratorio chimico virtuale su web)
• Spot di realtà virtuale molecolare
Attività di MASTER-UP
• Sviluppo, produzione e commercializzazione di prodotti innovativi
• Gestione delle basi di conoscenza di
Strutture pubbliche e private
• Workshop e congressi
• Convenzioni e progetti per le applicazioni
della ricerca
Attività di ricerca su cui MASTER-UP si basa
• Simulazioni molecolari a priori su griglie
di computer (Chemgrid(Firb,Firs),
SIMBEX(Cost))
• Sviluppo di strumenti didattici di elearning (ELCHEM (Cost))
• Sviluppo di strumenti di realtà virtuale
sia a livello umano che molecolare
(European VMSLab)
Dalla rappresentazione alla simulazione
La Realtà Virtuale è soltanto l’ultimo passo del processo continuo
di realizzare antologie e/o simulacri di processi naturali
Illustrazione:
Rappresentazione
grafica di apparati
e processi
Visualizzazione:
Rappresentazione di dati
e concetti
Simulazione e realtà
virtuale:
Rappresentazioni
realistica, basata su
modelli matematici, di
dati e concetti
La realtà virtuale come experiential learning
 Virtual experiential learning (l’apprendere attraverso il
fare virtuale)
 Rende reali i concetti astratti e poco visivi
 Agisce come supporto nella fase pre e post laboratorio reale
 Il flusso delle informazioni può essere controllato nel tempo
e nello spazio
 Favorisce il piacere nell’apprendimento e le motivazione
(imparare giocando)
 Possibilità di forte integrazione con tecnologie di rete
familiari ai giovani
La realtà virtuale come tool didattico
Consente esperienze didattiche hands on
nei corsi a distanza di materie scientifiche
ed ingegneristiche
Fungono da supporto per la preparazione
di una esperienza e la sua successiva
razionalizzazione
La realtà virtuale multiscala
Nel nostro approccio si combinano:
Molecular Virtual
Reality (MVR)
Human Virtual Reality
(HVR)
L’utente interagisce
direttamente con molecole
ed aggregati molecolari
L’utente interagisce con
strumenti ed apparati
Scala delle nano-tecnologie
Scala dell’uomo
VMSLab: Virtual Molecular Science Laboratory
 In VMSLab un laboratorio chimico didattico è
stato mappato e riprodotto in realtà virtuale.
 Il laboratorio è fatto di stanze virtuali in ognuna
delle quali avviene un esperimento.
Obiettivo: offrire agli studenti un ambiente computer
assisted per condurre esperienze di laboratorio
del curriculum universitario
Tecnologie impiegate
• Rappresentazioni VR: X3D, VRML
• Tecnologie Web:
Java, JavaScript
• Linguaggi Web e la
rappresentazione del
Knowledge:
XML e XML “tematici”
(MathML e CML)
• Grafica 3D:
• Animazioni:
3DStudioMax
VMD
VMSLab-G: the portal – http://www.vmslab.org
VMSLab-G: flame spectroscopy
Go to VRML animation
VMSLab-G: Spettroscopia IR (HVR)
Go to the VRML animation
VMSLab: Spettroscopia UV-VIS (HVR)
Go to the VRML animation
VMSLab: clusterizzazione su benzene (MVR)
Simulazione di una
reazione in fase
gassosa complessa:
dinamica molecolare
di benzen-Ar2.
La presente rappresentazione “virtuale” riproduce i calcoli
di dinamica molecolare
VMSLab: la reazione chimica (MVR)
Simulazione di una reazione in fase
gassosa tipica di alcuni processi
atmosferici ottenuta da calcoli di
dinamica molecolare.
VMSLab: lo spot acqua minerale (MVR)
Clicca
l’immagine
per entrare
Ione sodio in acqua (Spot Lete).
In questo caso la simulazione è costruita
artificialmente a scopo didattico, pubblicitario o
ludico.
VMSLab: solubilizzazione (MVR)
Clicca
l’immagine
per entrare
Solvatazione del cloruro sodio in acqua
(simulazione costruita).
VMSLab: il docking funzionale (MVR)
Clicca
l’immagine
per entrare
Docking molecolare (simulazione costruita).
Possibili interazioni di MASTER-UP con aziende
• Supporto alla Ricerca e sviluppo basata
su realtà virtuale e calcoli su grid
• Divulgazione, insegnamento, istruzioni
per l’uso e addestramento fuori linea e
ubiquitario
• Simulazioni situazioni di rischio chimico
ed eccezionali anche via web
• Spot pubblicitari
• Divertimento educativo
Bibliografia
Bibliografia
Circa 250 articoli scientifici pubblicati su
riviste internazionali (J. Chem. Phys., J.
Phys. Chem, Chem. Phys. Letters, Lecture
Notes in Computer Science, Future
Generation of Computer Systems,
International Journal Quantum Chemistry,
Journal of Computational Methods in
Science and Engineering, Lecture Notes in
Chemistry, Molecular Physics, Physical
Chemistry Chemical Physics, Theoretica
Chimica Acta, etc.) ed oltre 300
comunicazioni a congresso
Realtà virtuale come tool didattico
Le nostre esperienze di utilizzo di
tecniche di VR in education
vengono gestite dal portale:
http://www.vmslab.org
Virtual Molecular Science Laboratory
(Work in progress)
MASTER-UP e realtà virtuale:
ambiti di manovra
• Divulgazione scientifica
 CD multimediali
 Supporto a programmi televisivi di
natura scientifica
• Training personale industria
 Training on-demand con l’ausilio
di tecniche di VR
• Costruzioni di “ambienti learning” interattivi
 supporti a corsi on-line e/o supporto a corsi
tradizionali on-campus