Научно-исследовательский центр по теоретическому материаловедению создается для:

  • разработки нового программного обеспечения для моделирования новых материалов и интеллектуального анализа экспериментальных данных;
  • создания нового поколения электронных баз данных для эвристического прогнозирования физических свойств твердых тел;
  • разработки экспертной системы для эффективного поиска материалов с заданными свойствами;
  • организации компьютерного центра для расчетов твердых тел квантово-механическими методами;
  • создания и поддержки Интернет-портала по теоретическому материаловедению;
  • поддержки онлайн форума по приложениям теоретических методов в материаловедении;
  • организации школ, практикумов, семинаров по теоретическому материаловедению.

Наш проект состоит из двух различных, но взаимосвязанных частей. Первая и главная часть включает разработку инновационных методов анализа экспериментальной информации в кристаллографических базах данных и прогнозирования свойств новых материалов с использованием оригинальных эвристических алгоритмов. В этой части мы опираемся на программный комплекс TOPOS, который мы разрабатываем более 20 лет. Мы планируем существенно усовершенствовать TOPOS, дополнить его новыми эвристическими алгоритмами и преобразовать в машину выводов экспертной системы. База знаний экспертной системы будет включать коллекции топологических баз данных TOPOS, которые будут дополнены базами данных соотношений между химическими, геометрическими и топологическими свойствами кристаллических структур. Экспертная система сможет прогнозировать возможные геометрические и топологические мотивы атомных конфигураций, как конечных (молекул, кластеров, олигомеров), так и периодических (цепочечных, слоистых или каркасных полимерных группировок). В результате могут быть решены следующие задачи:

 

  • прогнозирование возможных структур твердых тел заданного химического состава;
  • расчет физических свойств для данной кристаллической структуры или группы структур;
  • поиск структур с данным набором геометрических и топологических свойств;
  • поиск структурно схожих веществ.

Вторая часть проекта заключается в интегрировании экспертной системы с программными пакетами по квантовой механике твердого тела. Мы планируем разработать программный интерфейс между известными квантово-механическими пакетами и экспертной системой, который позволит пользователю решать две основные задачи:

 

  • поиск всех известных структур, подобных данной, свойства которой были определены квантово-механическими методами;
  • прецизионный квантово-механический расчет известных структур, которые могут обладать важными свойствами согласно рекомендациям экспертной системы.

Наконец, мы намереваемся объединить качественные и полуколичественные методы материаловедения с количественными  квантово-механическими методами. Разработанное интегрированное программное обеспечение будет способно прогнозировать возможные структуры заданного химического состава и обеспечивать исчерпывающий поиск в топологических базах данных схожих структур с последующим расчетом их физических свойств квантово-механическими методами.

Компьютерная составляющая центра будет состоять из следующих компонент:

  • веб-сервер, который обеспечивает доступ ко всем вычислительным и образовательным ресурсам, объединенным в интернет-портал по теоретическому материаловедению;
  • высокопроизводительный вычислительный кластер с инсталлированными на нем экспертной системой и пакетами квантово-механических программ; кластер выполняет все расчеты и онлайн запросы от веб-сервера и локальных рабочих станций;
  • компьютерный класс из не менее 12 рабочих станций с инсталлированными операционными системами Windows и Linux, на которых исследовательская группа проекта выполняет все расчеты; класс используется также для организации школ и семинаров;
  • образовательный центр, который включает оборудование для онлайн конференций, лекций, консультаций и вебинаров.