MASTER-UP: BREVE PRESENTAZIONE

1. MASTER-UP: BREVE PRESENTAZIONE Antonio Laganà, Osvaldo Gervasi, Carlo Manuali, Valentina Piermarini, Noelia Faginas Lago, Leonardo Pacifici, Antonio Riganelli lag@dyn.unipg.it ogervasi@computer.org 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)

2. Sommario • Presentazione di MASTER-UP • Origini e Finalità • I protagonisti • Attività di ricerca legate a MASTER-UP

3. 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

4. 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

5. Attività di MASTER-UP • e-Learning (supporti didattici docenti di • discipline molecolari, gestione sito eu- • ropeo di ECHEMTEST, editoria book- • e-book) • Ambienti con materiali e procedure chimi- • che virtuali (ambienti di addestramento, • Laboratorio chimico virtuale su web) • Spot di realtà virtuale molecolare

6. Attività di MASTER-UP • Sviluppo, produzione e commercializza- • zione di prodotti innovativi • Gestione delle basi di conoscenza di • Strutture pubbliche e private • Workshop e congressi • Convenzioni e progetti per le applicazioni • della ricerca

7. 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 e- • learning (ELCHEM (Cost)) • Sviluppo di strumenti di realtà virtuale • sia a livello umano che molecolare • (European VMSLab)

8. Dalla rappresentazione alla simulazione La Realtà Virtuale è soltanto l’ultimo passo del processo continuo di realizzare antologie e/o simulacri di processi naturali Simulazione e realtà virtuale: Rappresentazioni realistica, basata su modelli matematici, di dati e concetti Visualizzazione: Rappresentazione di dati e concetti Illustrazione: Rappresentazione grafica di apparati e processi

9. 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

10. 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

11. La realtà virtuale multiscala Nel nostro approccio si combinano: Human Virtual Reality (HVR) L’utente interagisce con strumenti ed apparati Scala dell’uomo Molecular Virtual Reality (MVR) L’utente interagisce direttamente con molecole ed aggregati molecolari Scala delle nano-tecnologie

12. 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

13. 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: 3DStudioMax • Animazioni: VMD

14. VMSLab-G: the portal – http://www.vmslab.org

15. VMSLab-G: flame spectroscopy Go to VRML animation

16. VMSLab-G: Spettroscopia IR (HVR) Go to the VRML animation

17. VMSLab: Spettroscopia UV-VIS (HVR) Go to the VRML animation

18. 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

19. VMSLab: la reazione chimica (MVR) Simulazione di una reazione in fase gassosa tipica di alcuni processi atmosferici ottenuta da calcoli di dinamica molecolare.

20. 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.

21. VMSLab: solubilizzazione (MVR) Clicca l’immagine per entrare Solvatazione del cloruro sodio in acqua (simulazione costruita).

22. VMSLab: il docking funzionale (MVR) Clicca l’immagine per entrare Docking molecolare (simulazione costruita).

23. 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

24. Bibliografia

25. 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

26. 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)

27. 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