Распределенные вычисления возьмутся за очистку воды

Во всемирно известной сети распределенных вычислений World Community Grid при поддержке IBM запустили новый проект — Computing for Clean Water (в переводе с англ. «Вычисления для чистой воды»), который посвящен исследованиям процессов очистки воды в наноматериалах.

Проект поддерживается Центром нано- и микромеханики (англ. Centre for Nano and Micro Mechanics — CNMM) Университета Цинхуа (Tsinghua University). Можно и нужно добавить, что Университет Цинхуа считается лучшим вузом Китая, а в международном рейтинге The QS World University Rankings находится на 49-й позиции.

Целью нового проекта является исследование молекулярных механизмов прохождения воды через новый класс фильтрующих материалов — углеродные нанотрубки, которые в перспективе могут стать недорогой и более эффективной заменой «начинки» современных фильтров для очистки воды. Некоторое время назад в World Community Grid закончилось бета-тестирование заданий для проекта Computing for Clean Water, а 23 августа появились первые задания для широкой аудитории участников распределенных вычислений.

Значение проекта Computing for Clean Water трудно переоценить в свете масштаба проблемы доступа населения к качественной воде, особенно в развивающихся странах. Во всем мире более 1,2 млрд. людей не имеют доступа к чистой питьевой воде, а 2,6 млрд. не имеют в жилищах канализации. В результате этих проблем ежегодно расстаются с жизнью миллионы людей. Страшные цифры бездушной статистики таковы — каждый день в среднем умирает 3900 детей, отравившихся грязной водой.

Проблема усугубляется относительной дороговизной технологий фильтрации загрязненной воды, особенно для социально незащищенных слоев населения. Опреснение морской воды — еще менее доступная вещь, хотя потенциально способная решить проблему с питьевой водой во многих регионах. Таким образом, поиск новых недорогих материалов для фильтрации воды стало делом чести для ученых. Наноматерилы в этом отношении оказались более чем перспективными.

Особенное внимание исследователи обратили на углеродные нанотрубки, которые могут сотворить настоящую революцию в водоочистке. Но центральной проблемой здесь является критически малый диаметр нанотрубок, не позволяющий пропускать большое количество молекул воды. В результате фильтрация через нанотрубки требует больших давлений, а значит и дорогостоящего оборудования.

В 2005 году эксперименты указали путь решения проблемы — существуют условия, когда вода без особых усилий преодолевает массив углеродных нанотрубок. Тут уже ученые, почуяв запах новых открытий, живо взялись за распутывание покрытых мраком особенностей механизма взаимодействия молекул воды с наноматериалами.

Распределенная вычислительная сеть персональных компьютеров, объединенная под началом World Community Grid, пришлась как нельзя кстати, и в недрах Университета Цинхуа родился амбициозный проект Computing for Clean Water. Исследователи надеются решить с его помощью масштабные вычислительные задачи, а именно — провести всестороннее молекулярное моделирование динамики движения и взаимодействия молекул воды с нанотрубками.

Скриншот окна графического клиента Computing for Clean Water

Компьютерное моделирование поможет, в частности, внести ясность в вопрос о необычном поведении молекул воды при контакте с нанотрубками, когда вода начинает вести себя как лед. Разобравшись с этой проблемой, можно добиться минимального сопротивления молекул воды при прохождении через нанотрубки и другие нанопористые материалы, и, таким образом, — увеличить скорость очистки воды. Также в планах китайских специалистов значится определение наилучших условий использования наноматериалов при опреснении морской воды.

По самым скромным оценкам проекту понадобится 184 тысячи лет процессорного времени, если брать по максимуму — в 10-100 раз больше! Однако сколько бы проекту Computing for Clean Water в итоге ни понадобилось вычислительных ресурсов, в одном можно быть уверенным наверняка — не поставлена еще такая задача, с которой бы не справилась многомиллионная добровольческая армия владельцев персональных компьютеров, жертвующих свои кровные гигагерцы и киловатты во имя науки.

Желаете поучаствовать? Тогда подключайтесь к World Community Grid, чтобы сделать мир чуточку лучше!

Научно-популярный блог «Просто о науке» http://prostonauka.com по материалам World Community Grid