SMART Lab

  • SMART Lab

  • The SMART (Space-time Multiscale Applications for Research and Technology) Laboratory at Scuola Normale Superiore was established in 2016. SMART focuses on the development of simulation and number crunching methods. The models developed at SMART are used by many researchers around the world, both in accademia and industry. The nexus of scientific research at SMART is the development, validation and application of algorithms and software to model molecular systems and forecast their properties under different environmental conditions, with particular emphasis on spectroscopic properties across the entire electromagnetic spectrum. Theoretical developments are implement in widely available software for use by other researchers. This is of great scientific and technological impact, for example, in the development of Smart Materials, substances whose properties can be controlled or changed with accuracy by means of external stimuli (e. g. temperature, light).

    Modern numerical simulations are able to generate huge amounts of complex, non-structured data, which can change in nature and whose size can grow rather quickly, which forces one to resort to Big Data technologies to handle them. Therefore, the development and application of algorithms for the automatic analysis of data and application of Machine Learning methods to pre- and post- processing steps are an important lines of research.

    SMART is also highly involved in the development of Immersive Virtual Reality to Scientific Visualization. The possibility of natural interaction with the visualized objects and the use of proprioception for a quick and intuitive grasp of complex structures should allow for a further evolution in interactive data visualization. This is particularly true when dealing with complex objects far from our usual perception scale. The SMART staff is formed by about 40 people including senior staff (professors and researchers), post Docs, Ph. D. and undergraduate students and technical staff.

  • Mappatura delle attività del Laboratorio SMART e delle modalità di accesso alle facilities.

  • Il Laboratorio SMART (Strategie Multidisciplinari Applicate alla Ricerca e alla Tecnologia), come da delibera del Consiglio Direttivo della Scuola Normale Superiore del 20 Aprile 2016, viene costituito con decorrenza dal 2 maggio 2016 e al laboratorio sono assegnate le risorse umane già afferenti al centro di supporto alla ricerca DreamsLab nonché i relativi spazi, strutture e risorse tecniche. Con identica decorrenza 2 maggio 2016 il centro DreamsLab termina quindi le attività. Il gruppo di ricerca afferente al Laboratorio SMART è composto da oltre 40 persone, tra ricercatori, dottorandi, post-doc e personale SNS, oltre che da collaboratori di altri enti/istituti.

    L’attività di ricerca è legata principalmente alla Chimica Teorica Computazionale ed è volta essenzialmente allo sviluppo, validazione e applicazione di metodologie basate sulla meccanica quantistica e la termodinamica statistica allo studio di sistemi molecolari complessi.
    Più in dettaglio, le metodologie sviluppate vengono applicate allo studio di sistemi complessi di interesse nei seguenti campi: scienze della vita e dei materiali, astrochimica e astrofisica molecolare, ’medicinal chemistry’, metodi virtuali per la preservazione e il restauro dell’ambiente e dei beni culturali, meta-materiali e dispositivi a basso impatto ambientale con particolare riferimento a fonti energetiche rinnovabili.

    I modelli teorici e gli approcci computazionali elaborati dai ricercatori del gruppo sono disponibili per l'intera comunità scientifica attraverso software distribuito liberamente o commercialmente (pacchetto Gaussian) e sono utilizzati da molti ricercatori in tutto il mondo, sia in campo accademico, che industriale. All’attività di ricerca “pura”, si affianca l’attività del Dreams3D, per i sistemi immersivi di realtà virtuale, l’infrastruttura HPC (Data Center Avogadro), che fornisce supporto tecnico per il calcolo ad alte prestazioni e il gruppo ELiTe (Experimental Linguistic Team) che si occupa di studi sperimentali di fonetica e fonologia articolatoria e neurolinguistica.

  • In particolare:

  • L'attività si basa sullo sviluppo di un'architettura di uso generale che può essere utilizzata in diversi domini per la ricerca, l'acquisizione, la conservazione, la condivisione, l'analisi e la visualizzazione di insiemi eterogenei di contenuti. Il Dreams3D sfrutta le tecnologie di visualizzazione avanzate, come schermi 3D, sistemi di proiezione stereo e un CAVE 3D: un ambiente immersivo in cui è possibile navigare in un mondo virtuale.

    Il laboratorio offre un'esperienza interattiva che unisce il mondo reale a quello virtuale e viceversa, coinvolgendo le più sofisticate e avanzate tecnologie quali, ad esempio: Realtà Virtuale (RV), Realtà Aumentata (RA), Virtualità Aumentata (VA), Gesture Capture, Audio 3D, 3D Tracker, NUI (Natural User Interface ), tavolo interattivo, stampa e virtualizzazione 3D.

    Il Dreams3D è situato presso l’altana del Palazzo della Carovana. L’accesso è regolato da un documento riportante le Regole di frequentazione delle strutture e dei locali del Laboratorio SMART della Scuola Normale Superiore, stilato dal Responsabile del Servizio Prevenzione e Protezione (RSPP) della Scuola Normale Superiore. E’ possibile, per gli esterni, visitare il Dreams3D previa richiesta email al Direttore del Laboratorio: direttore.smart@sns.it e concordando giorno e orario con la segreteria scientifica del laboratorio. I visitatori, prima della visita, devono prendere visione del regolamento e firmare un documento di consenso informato, che viene fornito dalla segreteria scientifica.

    L'obiettivo principale è quello di estendere i tradizionali confini disciplinari delle Scienze Computazionali per mezzo di nuove tecnologie [Hardware/Software] attraverso le quali esplorare il mondo nanoscopico tra soluzioni numeriche innovative, attività di sviluppo di codici e osservazioni sperimentali accurate utilizzate come riferimento.

    L'infrastruttura comprende macchine eterogenee ad alte prestazioni. E’ composta da un access-point che agisce sia come gateway che come job-emitter. Il cluster di calcolo è composto da un totale di 115 nodi di calcolo e dispone di un totale di 3120 CPU, 24 TB di RAM e 400 TB di storage. Infine, con il suo grande numero di core associati a capacità di memoria e di storage di grandi dimensioni, un cluster a singolo nodo offre una piattaforma versatile per affrontare compiti eterogenei, in particolare, quelli “disk-intensive”. A partire da Luglio 2015, tutte le strumentazioni HPC sono state spostate e installate nel Data Center Avogadro, presso il Compendio di San Silvestro. Le sale del centro sono chiuse a chiave e accessibili solo con l’accompagnamento del personale autorizzato (staff HPC del laboratorio, Coduti, Fenicia e Mancini). L’accesso al cluster di calcolo Avogadro è possibile solo tramite username e password, che vengono assegnate dal personale HPC.

    Il cluster di calcolo deve essere utilizzato obbligatoriamente tramite il workload manager PBS Pro tramite il quale vengono applicate le policy per l'assegnazione delle risorse di calcolo. Sono previste code di calcolo da 2, 7, 14 e 28 giorni per ognuno dei sotto-cluster. Inoltre, PBS Pro è configurato in modo da razionalizzare l'utilizzo del cluster da parte degli utenti e prevenire abusi. Per casi particolari lo staff, dietro autorizzazione del Direttore del Laboratorio, può valutare la fattibilità di configurazioni ad-hoc ed eventualmente attuarle. L’assegnazione di risorse di calcolo (come tempo macchina e spazio di archiviazione) sulle attrezzature del Laboratorio è concordata con il Direttore del Laboratorio ed i docenti afferenti. Per quanto riguarda invece risorse esterne (come ad esempio le attrezzature IIT) l’assegnazione di tempo macchina è lasciata agli utenti, all’interno delle norme di uso generali del cluster.

    Lo staff applica le direttive ricevute.

    Il gruppo di ricerca ELiTe svolge studi sperimentali prevalentemente di fonetica e fonologia articolatoria e neurolinguistica, avvalendosi di collaborazioni con centri di ricerca nazionali e internazionali più all’avanguardia nel settore.

    A partire da giugno 2017, ELiTe è principalmente coinvolto nel progetto di ricerca “Speech motor disorders and visual feedback: 3D simulation of articulatory movements” finanziato dalla Fondazione Pisa che ha come obiettivo l’indagine di fenomeni del controllo motorio durante il parlato patologico e non, con l'obiettivo di sviluppare e testare tecnologie di biofeedback audiovisivo per scopi di riabilitazione utilizzando un innovativo protocollo di analisi cinematica multilivello e la tecnologia 3D. Il laboratorio dispone di strumentazione tecnologicamente avanzata fra cui un sistema di acquisizione ad ultrasuoni, un elettropalatografo per l’acquisizione di dati articolatori del contatto lingua-palato, un elettroglottografo, un misuratore di flusso oro-nasale, dispositivi per l’acquisizione del segnale elettrofisiologico dell’attività cerebrale e varie apparecchiature per la digitalizzazione audio.

    Il laboratorio ha anche creato il portale Grammo-foni (Gra.fo) che contiene un universo sonoro, digitalizzando storie, racconti, interviste, tutti provenienti dalla Toscana e attraverso di esso si intende restituire alla comunità di appassionati questa immensa ricchezza.

    I locali del gruppo ELiTe sono siti al piano terra del palazzo della Carovana e sono accessibili a studenti, perfezionandi, ricercatori e studiosi della Scuola e di altre università. L’accesso ai locali del gruppo ELiTe è possibile solo tramite abilitazione del badge eseguita dal personale tecnico del gruppo e solo a seguito dell’approvazione del Direttore del Laboratorio.

    Gli utenti che accedono ai locali possono utilizzare gli spazi del laboratorio nel rispetto delle regole di sicurezza fornite dai tecnici, non possono utilizzare dispositivi non attinenti all’attività di ricerca e possono utilizzare le attrezzature di laboratorio solo in presenza del personale tecnico e seguendo le specifiche procedure di lavoro. L’accesso è regolato da un documento riportante le Regole di frequentazione delle strutture e dei locali, approvato dal Responsabile del Servizio Prevenzione e Protezione (RSPP) della Scuola Normale Superiore.

    L’accesso al portale Gra.fo è consentito a tutti gli utenti web tramite connessione internet; la possibilità di ascoltare e scaricare documenti audio e testuali specifici è consentito solo tramite registrazione e successiva autenticazione da parte del gestore del portale (personale tecnico del gruppo ELiTe).

    • Centro di Competenza - Metodologie Virtuali per la Scienza e la tecnologia:

    Nel 2017, all’interno del Laboratorio SMART è stato creato il Centro di Competenza - Metodologie Virtuali per la Scienza e la tecnologia, come centro di servizio per le piccole e medie imprese (SME). Lo scopo del Centro di Competenza è di fornire ad entità esterne (provenienti dal mondo accademico o industriale) servizi e/o consulenze connessi agli argomenti di ricerca del Laboratorio SMART, inclusa la simulazione di sistemi molecolari su scala nanoscopica, l'accesso a risorse di supercalcolo e lo sviluppo di applicazioni di Visualizzazione Scientifica tramite Realtà Virtuale.