AiiDAlab: un software che fa avanzare la ricerca

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.

Testo: Oliver Morsch

Informazioni sul PSI

L'Istituto Paul Scherrer PSI sviluppa, costruisce e gestisce grandi e complesse strutture di ricerca e le mette a disposizione della comunità di ricerca nazionale e internazionale. La sua ricerca si concentra sulle tecnologie del futuro, l'energia e il clima, l'innovazione sanitaria e i fondamenti della natura. La formazione dei giovani è una preoccupazione centrale del PSI. Per questo motivo, circa un quarto dei nostri dipendenti sono ricercatori post-dottorato, dottorandi o apprendisti. Il PSI impiega un totale di 2.300 persone, il che lo rende il più grande istituto di ricerca della Svizzera. Il budget annuale è di circa 450 milioni di franchi svizzeri. Il PSI fa parte del settore dei PF, che comprende anche il Politecnico di Zurigo e l'EPF di Losanna, nonché gli istituti di ricerca Eawag, Empa e WSL.

Contact

Dr. Giovanni Pizzi
PSI Center for Scientific Computing, Theory and Data
Istituto Paul Scherrer PSI

+41 56 310 58 24
giovanni.pizzi@psi.ch
[inglese, francese, italiano]

Dr. Edan Bainglass
PSI Center for Scientific Computing, Theory and Data
Istituto Paul Scherrer PSI

+41 56 310 28 26
edan.bainglass@psi.ch
[inglese]

Pubblicazione originale

Accelerating discovery across scientific disciplines through reproducible workflows with AiiDAlab

Aliaksandr V. Yakutovich, Daniel Hollas, Edan Bainglass, Jusong Yu, Corsin Battaglia, Miki Bonacci, Luca Fernandez Vilanova, Stephan Henne, Anders Kaestner, Michel Kenzelmann, Graham Kimbell, Jakob Lass, Fabio Lopes, Daniel Gabriel Mazzone, Andres Ortega-Guerrero, Xing Wang, Nicola Marzari, Carlo Antonio Pignedoli and Giovanni Pizzi
RSC Digital Discovery, 11.05.2026 (online)

DOI: 10.1039/D5DD00567A

Testo originale:
https://www.psi.ch/it/news/comunicati-stampa/aiidalab-un-software-che-fa-avanzare-la-ricerca

Ulteriori informazioni
Articolo sul sito web dell'Empa