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Nano@home

Aus SETI.Germany Wiki

nano@home
Kategorie:Physik
Homepage:http://www.nanoathome.org
Status:inaktiv/beendet
SETI.Germany

Das Projekt nano@home möchte die Fortschritte in der Nanotechnologie weiter ausbauen. Zurzeit ist man auf Entwicklersuche.


Nanotechnologie

Nano@home ist ein offenes, wissenschaftliches Projekt, um einen Fortschritt in der Nanotechnologie zu erreichen. Insbesondere wird es eingesetzt, um dabei zu helfen, nanometerkleine Maschinen zu konstruieren, gerade noch alles das, was möglich ist innerhalb der Grenzen der Naturgesetze.

Der Prozess, bei dem Material mit Nanomaschinen hergestellt wird, wird auch molekulare Herstellung (molecular manufacturing) genannt und ist das ultimative Ziel der Nanotechnologie. Nanomaschinen werden mit atomarer Präzision gebaut und mit einer Effizienz, von der wir momentan nur träumen können. Wir werden fähig sein neue Materialien zu produzieren; schnellere und kleinere Computer, bessere und effizienter laufende Vorrichtungen und andere Konsumprodukte ... Nanomaschinen werden auch dazu fähig sein, Materialien zu reparieren. Sie werden so klein sein, dass sie in Ihrem Körper arbeiten und Schnitte, Prellungen und gebrochene Beine reparieren, Viren und Bakterien abwehren, indem sie sie attackieren und töten können. Sie könnten vermutlich fähig sein Krebs zu besiegen und auch immer wieder. Nanotechnologie verspricht eine neue Ära.

Später, wenn die Software verfügbar ist, wird man die Gelegenheit haben, für sich selbst Nanoteile zu kreieren oder mit Hilfe von Freunden und Nachbarn. Das Projekt wird auch dafür sorgen, dass man Credits für die Entwürfe bekommt. Die Software wird nicht nur eine offene Quelle sein, die Nanoteile-Kreationen die in der Datenbank angesiedelt sind, werden für jeden frei zugänglich sein. Wissenschaftler, Ingenieure, Hersteller, Heimerfinder – jeder.

Nano@home sucht nach Menschen, welche etwas Kenntnis und/oder Erfahrung in OO Programmierung, Datenbanken und GUI Design haben. Zusätzliches Wissen über Nanotechnologie, Chemie, Quantenmechanik, oder den Willen die Grundlagen darüber zu lernen, wären auch nützlich für dieses Projekt. Man sucht auch nach Forschungsgruppen (privat oder akademisch), die interessiert sind und/oder in diesem Gebiet arbeiten und dem Projekt beitreten wollen, um zu helfen, das Ziel zu erreichen.

Was ist nano@home?


Technical FAQ - Version 0.5

What is nano@home?

Nano@home is a distributed computing project that will attempt to semi-automate the design and testing of "nanoscale parts". We hope that nano@home will ultimately be appealing to a variety of users -- from the highly technical (physicists, chemists, computer scientists, programmers, etc.) to the non-technical allowing them to support nano@home as their various skills, interests and resources allow.


Nano@home ist ein Distributed-Computing-Projekt, das eine Halbautomatisierung für Design und Erprobung von Teilen im Nanobereich zu erreichen versucht. Wir hoffen, dass nano@home letztendlich eine Vielfalt an Nutzern anspricht – vom höchst technischen (Physiker, Chemiker, Computerwissenschaftler, Programmierer, etc.) bis zum technischen Laien, und ihnen erlaubt, nano@home mit ihren verschieden Fertigkeiten, Interessen und Ressourcen zu unterstützen.

Was sind Teile im Nanobereich


What are "nanoscale parts"?

Nanoscale parts are parts that are assembled at the nanoscale. The smallest nanoparts could be compared to molecules in the biological realm such as cholesterol or the porphyrin ring that holds the iron within hemoglobin which have less than 100 atoms. Larger molecules found in nature such as Vitamin B-12 or maitotoxin may contain hundreds of atoms. Current designs for moderately complex nanoparts, such as the Fine Motion Controller or the Neon Pump contain thousands of atoms. Eventually nanoparts may move up to the scale of complexity and sophistication to tens to hundreds of thousands of atoms. Nanoparts can be used to construct more complex nanomachinery such as nanoassemblers {FN1} or nanorobots which contain millions to billions of atoms. Initially it is envisioned that nanoscale parts may be very simple (perhaps less than 5-10 nanometers (nm) in size), but as molecular design skills grow it is expected that nanoparts will reach the level of 10-100 nm. For comparison, a typical bacteria may have dimensions on the order of 1000 nm and human cells may have dimensions on the order of 10,000 nm or larger.


Teile im Nanobereich sind Teile, die im Nanobereich gehören. Die kleinsten Nanoteile könnten mit Molekülen im biologischen Bereich verglichen werden, wie zum Beispiel Cholesterin oder der Porphyrinring, der das Eisen im Hämoglobin hält, welches weniger als 100 Atome hat. Größere Moleküle, die sich in der Natur finden, wie Vitamin B-12 oder Maitotoxin könnten Hunderte Atome enthalten. Aktuelle Kreationen für gemäßigte komplexe Nanoteile, solche wie der Feineinstellkontrolleur oder der Neonpumpe beinhalten Tausende von Atomen. Letztendlich könnten Nanoteile sich auf der Skala der Komplexität und Erfahrung nach oben bewegen von Zehn zu Hunderttausend an Atomen. Nanoteile könnten benutzt werden, um mehr komplexe Nanomaschinen zu konstruieren wie z.B. Nanoarbeiter oder Nanoroboter, welche Millionen bis Billionen an Atomen beinhalten. Anfangs ist es vorgesehen das Teile im Nanobereich sehr einfach sein dürften (vielleicht weniger als 5-10 Nanometer (nm) an Größe), aber so wie die molekularen Kreationsstufen anwachsen, wird erwartet, dass Nanoteile das Level von 10-100 nm erreichen werden. Zum Vergleich, ein typisches Bakterium hat Dimensionen in der Größenordnung von 1000 nm und menschliche Zellen haben Dimensionen in der Ordnung bis zu 10 000 nm oder länger.

Warum sollte ich daran interessiert sein nano@home zu unterstützen?


Why should I be interested in supporting nano@home?

The simple answer is "because your health may depend on it". Another response might be "because morally, it seems like a good idea". The more nanopart designs there are, the sooner we will be able to construct more complex nanosystems such as nanorobots and the sooner we will have their benefits. For example -- a combination of infectious diseases as well as aging related diseases (e.g. cancer, heart disease, Alzheimer's) including aging itself costs the world approximately 50 million lives a year at this time. A simple nanorobot such as a microbiovore [Fre01] could eliminate approximately 20% of these deaths caused by infectious diseases [WHO02]. A more complex nanorobotic system such a vasculoid system [Fre02] could eliminate 80% of the known causes of death or more. If you are working on the development of the nano@home software, there are documented personal benefits as well [Lag00]. So unlike other distributed computing projects where the interest is in scientific research goals or mere curiosity, nano@home has a personal self-interest motivational component. Few other distributed computing projects offer the prospect of annually saving as many lives as were killed during all of WWII.


Die einfache Antwort ist „weil Ihre Gesundheit vielleicht davon abhängen könnte.“ Eine weitere Antwort könnte sein, „aus moralischen Gründen, es scheint eine gute Idee zu sein.“ Je mehr Nanoteile-Kreationen da sind, umso früher werden wir fähig sein mehr komplexe Nanosysteme wie z.B. Nanoroboter zu konstruieren und umso früher haben wir deren Erfolge. Zum Beispiel – eine Kombination von infektiösen Krankheiten sowie altersbedingte Krankheiten (u.a. Krebs, Herzkrankheiten, Alzheimer) inklusive dem Altern selbst kostet der Welt approximativ momentan 50 Millionen Leben jedes Jahr. Ein einfacher Nanoroboter wie so eine Mikrobiovore könnte approximativ 20% dieser Todesursachen durch infektiöse Krankheiten verhindern. Ein komplexeres nanorobotisches System wie ein Vasculoidsystem, könnte 80% der bekannten Todesraten eliminieren, oder mehr. Wenn Sie bei der Entwicklung der nano@home Software mitarbeiten, gibt es ebenso dokumentierte persönliche Zulagen. So ungleich andere Projekte des verteilten Rechnens sind, wo das Interesse in wissenschaftlichen Forschungszielen oder an reiner Kuriosität liegt, hat nano@home ein persönliches Eigeninteresse als Motivationskomponente. Einige andere Projekte des verteilten Rechnen bieten den Ausblick an, so viele Leben zu retten wie während des zweiten Weltkrieges getötet wurden.

Was ist der Unterschied zwischen Nanoteilen und Molekülen in der Biologie?


How are nanoparts different from molecules in biology?

There are two primary differences between nanoparts and most biological "parts" such as DNA or proteins. The first difference is that the emphasis in nanoparts is on high covalent bond density. These are stronger than the hydrogen bonds more commonly found to produce many dimensional structures in biological systems {FN2}. The second difference is that nanoparts may contain stressed bonds. These are atomic bonds that are not in their most relaxed state. Biological systems do not typically construct molecules with stressed bonds. We know that molecules with stressed bonds can be created since such bonds are found in fullerenes such as buckyballs and buckytubes and molecules such as cubane.


Da sind zwei primäre Unterschiede zwischen Nanoteilen und meist biologischen „Teilen“ wie einer DNA oder Proteinen. Der erste Unterschied ist, dass die Betonung bei Nanoteilen auf die hoch kovalente Bindungsdichte liegt. Diese sind stärker als die Hydrogenbindungen die landläufiger benutzt werden, um viele dimensionale Strukturen in biologischen Systemen zu produzieren. Der zweite Unterschied ist, dass Nanoteile beanspruchte Bindungen beinhalten könnten. Dies sind atomare Bindungen, die nicht in ihren ruhigsten Zustand sind. Biologische Systeme konstruieren typischerweise nicht Moleküle mit beanspruchten Bindungen. Wir wissen, dass Moleküle mit beanspruchten Bindungen kreiert werden können wie Bindungen die gefunden werden in fullerenes so wie buckyballs und buckytubes und Moleküle wie cubane.

Wie wird nano@home arbeiten?


How will nano@home Work?

There are four primary subcomponents of nano@home

  • The database and download/upload software;
  • The atom stuffing software (the essential software required to turn a "part description" into a "part design");
  • The molecular modeling software (that does part quality characterization);
  • The assembly software (that attempts to figure out how to assemble a part design).

It is envisioned that a user would sign up for nano@home, download one or more software packages, register with the database, download a part description and then begin to "design a nanopart" (using the atom stuffing software). This may be extended to allow people to do some or a great deal of molecular design based on "human intelligence" rather than simple computer "atom stuffing" algorithms. Eventually one would hope that the "atom stuffing" software could be trained or educated to use "expert system" techniques so less "human intelligence" is required. Subsequently, once a part design is completed, they would then invoke the molecular modeling software and/or the assembly software (or recruit other users to do so) that would produce "part quality" and "part assembly" information which in addition to the design information is uploaded back to the database. Some users may select to only focus their personal time or computer resources on certain aspects of the project, such as only "nanopart design" or only "nanopart assembly".


Da gibt es vier primäre Unterbereiche von nano@home:

  • Die Datenbank und Download/upload-Software;
  • Die Atomfüllungssoftware (die essentielle Software, benötigt um eine „Teilebeschreibung“ in eine „Teile-Kreation“ zu wandeln);
  • Die molekulare Modellierungssoftware (das charakterisiert teilweise erstklassig);
  • Die Montierungssoftware (das versucht zu auszurechnen, wie man eine Teilkreation montieren kann.)

Es ist vorgesehen, dass ein Benutzer für nano@home sich anmelden würde, lädt einen oder mehr Software-Pakete herunter, registriert sich in der Datenbank, lädt eine Teilebeschreibung herunter und dann anfängt „ein Nanoteil zu kreieren“ (unter Verwendung der Atomfüllungssoftware.) Dies könnte ausgefahren werden um Menschen zu erlauben etwas zu tun oder einen großartigen Handel an molekularen Kreationen basiert auf „menschlicher Intelligenz“ mehr als einfaches computer „Atomfüllung“ Algorithmen. Letztendlich einer würde hoffen, dass die „Atomfüllungssoftware“ könnte verbessert oder gebildet, um „Expertensystemtechniken“ so zu benutzen, dass so wenig „menschliche intelligenz“ wie möglich benötigt wird. Anschließend, sobald eine Teilkreation fertig ist, würden sie dann die molekulare Modellierungssoftware und/oder die Montierungssoftware (oder werben andere Nutzer an das zu tun) aufrufen, das würde „Teilequalität“ und „Teilemontierung“ Informationen produzieren, welche zudem zur Designinformation zurück in der Datenbank hochgeladen ist. Einige Nutzer mögen wählen ihre persönliche Zeit oder Computerressourcen auf bestimmte Aspekte des Projektes, z.B. nur „Nanoteile-Kreation“ oder nur „Nanoteile-Montierung, zu konzentrieren.“

Warum muss Teile-Eigenschaften-Beschreibung getan werden?


Why must one do part quality characterization?

Because only if one knows the mechanical (or molecular) quality of parts will nanodesigners that are building more complex components from the parts know whether the part meets the design requirements. A comparison using current engineering technology would be the difference between using a bolt made out of cheap non-hardened steel and using a bolt made out of much more expensive titanium.


Weil, nur wenn einer die mechanischen (oder molekularen) Eigenschaften von Teilen weiß, werden Nanodesigner, die immer komplexere Komponente aus den Teilen bauen, wissen, ob das Teil mit den Design-Anforderungen übereinstimmt. Ein Vergleich, der die aktuelle Ingenieurstechnologie gut darstellt, wäre der Unterschied zwischen der Nutzung eines Bolzens, gemacht aus billigen, nicht gehärteten Stahl und der Nutzung eines Bolzens, gemacht aus sehr viel teureren Titanium.

Warum muss einer ausrechnen wie man die Teile montiert?


Why must one figure out how to do part assembly?

Because some parts may be very difficult to assemble using available technologies. Currently the only assembly methods available for nanoscale parts depend on complex chemical synthesis paths (which may be computed using retrosynthetic {FN3} analysis) or bioassembly paths (primarily using the ribosome for proteins or sets of enzymes for other types of molecules). But we can imagine those assembly methods will be extended (e.g. designs for self-assembly). So a part design is not "worthless" if we don't know how to assemble it currently. Also -- there may be cost considerations involved -- machining a cheap steel bolt costs much less than machining a bolt made out of titanium. So it may be entirely possible that there will be a competition not only with regard to "part quality" but "part assembly" methods.


Weil einige Teile unter Benutzung der abrufbaren Technologien sehr schwer zu montieren sein könnten. Momentan beruhen die einzigen Montierungsmethoden für Teile im Nanobereich die abrufbar sind, auf komplexen chemischen Synthese-Pfaden (welche berechnet werden könnten durch die Benutzung retrosynthetischer Analysen oder biomontage Pfaden (welche primär die Ribosomen für Proteine oder Setze an Enzymen für andere Typen an Molekülen verwenden.) Aber wir können uns vorstellen, dass diese Montierungsmethoden aufgestockt werden (i.S. Kreationen für Selbstmontage.) So eine Teilekreation ist nicht wertlos, wenn wir nicht wissen wie wir es momentan montieren können. Auch – da könnten einige Kostenüberlegungen involviert sein – Die Bearbeitung eines günstigen Stahles kostet viel weniger als die Bearbeitung eines Bolzen aus Titanum. So könnte es vollkommen möglich sein, dass es einen Wettbewerb nicht nur in Hinsicht auf „Teilequalität,“ aber „Teilemontierungsmethoden“ gibt.

Was ist die nano@home Software-Architektur?


What is the nano@home Software Architecture? The nano@home software architecture consists of a number of components:

  • A "part description language" [PDL] (which is used to describe the shapes of parts);
  • A database of part descriptions (including assembly paths or simulations of part characteristics);
  • A communications system to handle the distribution of part descriptions, receive the results and track user statistics (currently it is envisioned that we would like to base this on the Berkeley Open Infrastructure for Network Computing (BOINC) or a system like it or perhaps both);
  • A number crunching core (it handles all the calculations involved evolving design of nanoparts);
  • A nanopart rendering subsystem that handles the visualization, screen display, etc. of an evolving nanopart or a nanopart assembly method (currently we are leaning towards jmol for this);
  • A nanopart molecular modeling subsystem (handles the characterization of the parts; perhaps largely based on existing molecular modeling software);
  • A nanopart assembler modeling subsystem (perhaps initially starting with retrosynthetic analysis and then moving on to more advanced methods as they are developed).

Die nano@home Software-Architektur besteht aus etlichen Komponenten:

  • Eine „Part description language“ [PDL] (welche benutzt wird, um die Form der Teile zu beschreiben.);
  • Eine Datenbank an Teilebeschreibungen (inklusive Montierungspfade oder Simulationen von Teileeigenschaften);
  • Ein Kommunikationssystem, um die Verteilung der Teilebeschreibungen zu bedienen, Aufnahme der Resultate und Benutzerstatistiken (momentan ist vorgesehen, dass wir es gerne auf der Berkley Open Infrastructure for Network Computing (BOINC) oder einem System wie dem oder vielleicht beidem basieren);
  • Einige cruncher-Kerne (es verarbeitet all die Kalkulationen die entfaltende Kreationen an Nanoteilen involviert);

Ein Nanoteilewiedergabe-Subsystem, dass die Visualisierung verarbeitet, Bilddisplay, etc. von einen sich entfaltenden Nanoteil oder einer Nanoteil-Montierungsmethode (momentan neigen wir dem zu.);

  • Ein Nanoteil molekulares modelierung Subsystem (verarbeitet die Eigenschaften der Teile; vielleicht größtenteils basiert auf existierenden molekularen Modellierungssoftware);
  • Ein Nanoteil Montierung Modellierungssubsystem (vielleicht startet es anfangs mit retrosynthetischer Analyse und dann wird es zu fortgeschritteneren Methoden, wenn sie entwickelt sind.)


Wer verwaltet nano@home?


Who manages nano@home?

There is currently no formal management structure. It is currently structured as a distributed computing project, and as much as possible an open source project. Therefore, at this time, management is done by group discussions, generally in the online forum. That may evolve as either academic or corporate organizations become involved in or devote support to the project.


Momentan gibt es keine offizielle Führungsstruktur. Es ist momentan als ein verteiltes Rechnen-Projekt strukturiert, und so gut wie möglich als eine offene Quelle. Deswegen wird die Führung, zu diesem Zeitpunkt, durch Gruppendiskussionen erledigt, hauptsächlich im Online-Forum. Das könnte sich entfalten, und akademische oder kooperative Organisationen werden involviert oder widmen ihre Unterstützung dem Projekt.

Wie kann ich helfen?


How can I help?

Lots of ways:

  • We need people who are experts in web design/management who can enhance the design of the web to the quality level of other distributed computing projects (that means review the GIMPS, SETI@Home, Folding@Home sites and figure out how to push the nano@home site to those levels of ease-of-use, distribution of information, etc.).
  • We need computer science people who know or want to study "hardware description languages" such as those used by AutoCAD or the DEMO Project [esp. EvoCAD] to actually describe physical shapes.
  • We need programmers who want to examine the existing code for atom stuffing and nanopart design (here) and determine whether it (or the code strategies) can be reused for nano@home purposes or whether it needs to be redesigned.
  • We need database administrators who want to take on the task of designing the parts database (perhaps based on MySQL at least for now?). Its structure needs to include things such as "How good is the part" (results of quality/performance simulations); "Strategies to assemble a part" (results from retrosynthesis or other molecular assembly strategies); and possibly documenting allocating "proprietary rights" for a part.
  • We need people to investigate whether databases (or libraries) of part descriptions currently exist and how one obtains access to them. [Certainly Boeing doesn't design every part in a 767 or 777 from scratch.]
  • We may need mechanical engineers to create part descriptions if a database of part descriptions cannot be obtained.
  • We will likely need chemical engineers who understand chemical synthesis, particularly retrosynthesis, to develop the methods of the "assembly" of the nanoparts.
  • We will likely need chemists/physicists who are experts in molecular modeling so we can simulate the designs or interface to existing modeling software (e.g. VASP).
  • While simple "atom stuffing" is relatively easy, we will need user interface specialists who can attempt to document how to explain nanoparts at very simple levels, then design interfaces that allow people who are not mechanical engineers or chemists to "play" with how nanopart design is done (e.g. how "spin control" on the design process).
  • We need people who have greater experience with "distributed development" to suggest better ways to make up task lists, enroll people, share information, etc.
  • We need people to contribute to the FAQ as well as consider writing "Molecular Design and Modeling for Dummies" (perhaps based on these resources).

Auf viele Arten:

  • Wir brauchen Leute die Experten in Web-Design/managment sind, welche das Design des Webs weiterentwickeln können auf das Level von anderen Projekten des verteilten Rechnens (das bedeutet zurückgeblickt das GIMPS, SETI@Home, Folding@Home-Seiten und rechnet aus, wie man die nano@home Seite einfacher bedienbar machen kann, Verteilung der Information, etc.).
  • Wir brauchen Computerwissenschafts-Leute die sich in „hardware description languages“ auskennen oder es studieren wollen, genau wie jene die bei AutoCAD oder dem DEMO Project [esp. EvoCAD] verwendet werden, um eigentlich physische Formen darzustellen.
  • Wir brauchen Programmierer die den bestehenden Code für die Atomfüllung und die Nanoteile-Kreation überwachen wollen und festlegen, ob er (oder die code-Strategien) für nano@home-Zwecke wiederverwendet werden kann oder ob es benötigt wird um wieder neukreiert zu werden. Wir brauchen Datenbankadministratoren, die sich die Arbeit des Kreierens der Teile-Datenbank (vielleicht basiert auf MySQL wenigstens für jetzt?) aufnehmen wollen. Seine Struktur muss Dinge aufnehmen wie, „Wie gut ist das Teil“ (Ergebnis der Qualität/ Ausführungssimulationen); „Strategien um Teile zu montieren“ (Ergebnisse der Retrosynthese oder anderer molekularer Montierungsstrategien); und eventuell Dokumente-zuordnung „Eigentumsrechte“ für ein Teil.
  • Wir brauchen Leute, um auszuforschen, ob Datenbanken (oder Bibliotheken) von Teile-Beschreibungen momentan existieren und wie man einen Zugriff auf sie erreichen kann. [Boeing kreiert bestimmt nicht jedes Teil in einem 767 oder 777 aus dem Gekritzel.]
  • Wir könnten eventuell Maschinenbauer gebrauchen, um Teile-Beschreibungen zu kreieren, wenn eine Datenbank an Teile-Beschreibungen nicht erhalten werden kann.
  • Wir werden wahrscheinlich Chemieingenieure brauchen, die chemische Synthese verstehen, besonders Retrosynthese, um die Methoden zu entwickeln für die „Montierung“ der Nanoteile.
  • Wir werden voraussichtlich Wissenschaftler aus der Chemie/Physik gebrauchen, die Experten in der molekularen Modellierung sind, so können wir die Kreationen oder Schnittstelle zu einer existierenden Modelsoftware (VASP) simulieren.
  • Während einfache „Atomfüllung“ relativ einfach ist, brauchen wir Nutzerschnittstellen-Spezialisten, die versuchen können zu dokumentieren wie man Nanoteile auf sehr einfachen Niveau zu erklären, dann kreieren Schnittstellen die Leuten erlaubt, die keine Maschinenbauer oder Chemiker, wie man mit Nanoteilen „spielt“ (wie „Drehkontrolle“ auf dem Kreationsprozess).
  • Wir brauchen Leute die größere Erfahrung mit „verteilter Entwicklung“ haben, um besser Wege vorzuschlagen, Aufgabenlisten aufzustellen, Leute einschreiben, an Information teilnehmen, etc.
  • Wir brauchen Leute die der FAQ beitragen und gleichfalls in Betracht ziehen für „Molekulares Design und Modellierung für Dummies“ (basiert vielleicht auf dieser Quelle) zu schreiben.

Was sind andere Projekte die sich ähnlich sind zu nano@home?


What are other projects closely related to nano@home?

The closest is probably folding@home, an effort by scientists at Stanford to tackle the "Protein Folding Problem" using a distributed computer strategy.


Das ähnlichste ist vermutlich Folding@home, ein Aufwand von Wissenschaftlern an Stanford, um das „Proteinentfaltungsproblem“ anzupacken, unter Verwendung einer Strategie des Verteilten Rechnens.

Wann wird nano@home wirklich auf verteilten Rechnen zum Laufen gebracht eher als verteilte Entwicklung?


When will Nano@Home really get started on distributed computing rather than distributed development?

When enough people have put enough effort into it ... Seriously, it might take anywhere from 1-3 years to develop the various software components. Those times are very dependent on how many and how much time people can dedicate to the project, whether it receives corporate or academic support, etc. But there are things one can do until then -- learn about molecular modeling and molecular design (not an overnight job for people not educated in these areas), learn more about nanotechnology in general, recruit a friend who knows mechanical or chemical engineering, physics, computer science, programming, display cool molecular models on your computer to gather the interest of others (this can be done in ones browser), etc.


Wenn genug Leute genug Anstrengungen hineingesteckt haben ... Ernsthaft, es könnte vielleicht irgendwo an die 1-3 Jahre dauern, um die verschiedenen Softwarekomponenten zu entwickeln. Diese Zeiten hängen sehr davon ab, wie viele und wie viel Zeit Leute für das Projekt aufwenden, ob es kooperative oder akademische Unterstützung erhält, etc. Aber da gibt es Dinge die man bis dahin noch tun kann – molekulare Modellierung und molekulare Kreationen lernen (Kein Job für heute auf morgen für Leute die sich in dem Gebiet nicht auskennen), mehr über Nanotechnologie generell lernen, einen Freund rekrutieren, der sich in Maschinenbau oder Chemotechnik auskennt, Physiker, Computerwissenschaftler, Programmierer, die coole molekulare Modele an deinem Computer anzeigen, um das Interesse von anderen zu erfassen (dies kann in einem Browser getan werden), etc.


Wie könnte nano@nome sich über die nächste Dekade entwickeln?


How might nano@home evolve over the next decade?

  • Expanding the database of part descriptions (right now there are less than a dozen);
  • Allowing users greater or lesser "user involvement" in the design of nanoparts;
  • Allowing users to recruit other users to work on their nanopart (any of: design, characterization or assembly analysis);
  • Adaptation of the software to be able to make use of "Grid" computing or special computer architectures such as IBM's Blue Gene computer or the TERA (now Cray) computers.

Expandierung der Datenbank für Teile-Beschreibungen (momentan sind da weniger als ein Dutzend); Erlaubnis der Nutzer größere oder weniger „Nutzer-Beteilung“ an der Gestaltung von Nanoteilen; Erlaubt Nutzern andere Nutzer zu rekrutieren, um an ihren Nanoteil zu arbeiten (eine davon: Gestaltung, Beschreibung oder Montierungsanalyse); Adaption der Software, um fähig zu sein, sich das „Grid“ oder spezielle Computerarchitektur zu nutze zu machen, wie z.B. IBMs „Blue Gene“ Computer oder den „TERA“ (Nun „Cray“) Computer.


Gibt es Seiten mit verwandten Hintergrundinformationen?


Are there any pages with related background information?

  • The nano@home list of Molecular Nanotechnology Design Tools (a list of all known MNT design related software).
  • The original nano@home Proposal.
  • A paper on the Protein Based Assembly of Nanoscale Parts by Robert Bradbury.
  • The Google directory for Molecular Visualization Software.
  • The World Index of Molecular Visualization Resources
  • Molecular Nanotechnology Design Tools (2003)
  • David Cary's Molecular Nanotech page (1998+)
  • CAD Directories and Links (1999-2003)
  • List for Cad/Cam and Graphics around the world
  • Molecular Modeling:
    • Colby College Molecular Mechanics Tutorial (very good!)
    • Nanosystems, particularly chapters 3: Potential Energy Surfaces and 4: Molecular Dynamics (though the math is challenging).

Die nano@home-Liste an Molecular Nanotechnology Design Tools (Eine List mit allen bekannten MNT Design-bezogener Software.)

  • Das original nano@home Proposal.
  • Ein Papier auf der Protein Based Assembly of Nanoscale Parts von Robert Bradury
  • Das Google-Verzeichnis für Molecular Visualization Software.
  • The World Index of Molecular Visualization Resources
  • Molecular Nanotechnology Design Tools (2003)
  • David Cary's Molecular Nanotech page (1998+)
  • CAD Directories and Links (1999-2003)
  • Liste für Cad/Cam and Graphics around the world
  • Molekulare Modellierung:
    • Colby College Molecular Mechanics Tutorial (sehr gut!)
    • Nanosystems,(besonders Kapitel 3: Potentielle Energieoberflächen 4: Molekulare Dynamiken (aber die Mathematik ist anspruchsvoll).

Fußnoten


Footnotes

  1. The prototypical "nanoassembler" is the "molecular manipulator" described in Nanosystems, Section 13.4: Assembly operations using molecular manipulators, pgs. 398-409. An image comparing its size with the ribosome is here. It is worth noting that the Fine Motion Controller which contains 2596 atoms could serve as the tip of a molecular manipulator. The number of atoms in the "molecular manipulator" is estimated to be at least 4,000,000. A much more detailed but simplified discussion of various nanoparts and molecular manipulators may be found in Nanomedicine Volume I, Chapter 2: Pathways to Molecular Manufacturing, particularly Section 2.4: Molecular Components and Molecular Assemblers, pgs 61-69.
  2. In biological systems, the 2 dimensional structure of polymers such as DNA or proteins, consists of subunits, either DNA bases or amino acids respectively. The subunit linkages, as well as the structures of the subunits themselves, are constructed using covalent bonds. But the 3 dimensional structure, determined by the bonding of base pairs in DNA or the folding process and final structure of a protein are controlled primarily by hydrogen bonding.

"Retrosynthesis" is a process whereby a computer program takes a "moderately complex" chemical molecule and tries to disassemble it into increasingly simpler (smaller) molecules for which assembly methods are known. A path that uses known chemical synthesis methods (there are hundreds of these) to assemble the simple "building blocks" into the final "moderately complex" molecule is then produced. From a software perspective it can be considered a somewhat strategic search through the "assembly space" for "off-the-shelf" subcomponents. Programmers might view it as recursive descent parsing. How "strategic" the search is depends on the software being used. Some software is optimized for minimal assembly time or cost, other software is optimized to produce non-toxic by-products, etc. Finding a retrosynthesis path may be limited by the size of the molecule being assembled. Large molecules require a significant amount of computer time because the number of assembly paths may be very large.


  1. Der prototypische „Nanomonteur“ ist der „molekulare Manipulator“ beschrieben in Nanosystems, Lektion 13.4: Montierungsoperationen nutzen molekulare Manipulatoren, S. 398-409. Ein Bild, das seine Größe mit dem Ribosomen vergleicht gibt es here. Es ist nichts wert, dass der Feineinstellkontrolleur, welcher 2596 Atome beinhaltet, dient als die Spitze eines molekularen Manipulators. Die Anzahl an Atomen Im „molekularen Manipulator“ wird zuletzt auf 4,000,000 geschätzt. Eine viel detailliertere, aber vereinfachte Diskussion von verschieden Nanoteilen und molekularen Manipulatoren könnten gefunden werden in Nanomedicine Volume I, Chapter 2: Wegepläne zur molekularen Manufaktur, speziell Lektion 2.4: Molekulare Komponente und Molekulare Monteure, S.61-69.
  2. In biologischen Systemen, die 2 dimensionale Strukturen von Polymeren wie z.B. DNA oder Proteine, besteht aus Untereinheiten, ob DNA-Basen oder Aminosäuren. Die Untereinheitverbindungen, genauso wie die Strukturen der Untereinheiten sich selbst, sind konstruiert unter Verwendung kovalenter Bindungen. Aber die dreidimensionale Struktur, festgelegt durch die Bindung der Basenpaare in DNA oder der Entfaltungsprozesse und finalen Struktur eines Proteins sind primär kontrolliert durch hydrogene Bindung.

„Retrosynthese“ ist ein Prozess, wodurch ein Computerprogramm einen „gemäßigten Komplex“ chemischer Moleküle übernimmt und versucht es auseinander zu bauen, in zunehmend einfachere (kleinere) Moleküle für welche Montierungsmethoden bekannt sind. Ein Pfad, der bekannte chemische Synthesemethoden benutzt (da gibt es Hunderte von diesen), um die einfachen „Bausteine“ zu montieren in die letzten „gemäßigten Komplexe“ Moleküle ist dann produziert. Aus einer Software-Perspektive kann es betrachtet werden, als eine einigermaßen strategische Suche durch den „Montierungsraum“ für „Rand“-Unterkomponenten. Programmierer könnten es betrachten als rekursive absinkende Syntaxanalyse. Wie „strategisch“ die Suche von der Software abhängt, die verwendet wird. Manche Software ist optimiert für minimale Montierungszeit oder Kosten, andere Software ist optimiert, um nicht-toxische Produkte zu produzieren, etc. Einen retrosynthetischen Pfad zu finden, mag begrenzt sein auf die Größe des Moleküls, das montiert wird. Große Moleküle benötigen einen erheblichen Umfang an Computerzeit, weil die Anzahl an Montierungspfaden sehr groß sein könnte.


Andere Projekte des verteilten Rechnens


Other Distributed Computing Projects The links below are provided so people can easily examine other "distributed" projects, FAQs, etc. to determine how the web sites for the other projects look, the contents of the FAQs, etc. and thus make suggestions for additions that would improve the nano@home project.

  • Project Gutenberg FAQ (Not strictly a DC project as much a "distributed management" project)
  • Folding@Home FAQ
  • SETI@Home FAQ
  • Golem@Home (Golem project description)
  • distributed.net
  • Google Directory: Distributed Computing
  • Yahoo Directory: Distributed Computing
  • Aspenleaf directory of Distributed Computing Projects

Die Links unten sind bereitgestellt, so können die Leute einfach andere Projekte des „verteilten Rechnens“ betrachten, FAQ, etc. um festzulegen, wie die Web-Seiten für die anderen Projekte aussehen, die Inhalte der FAQs, etc. und daher Vorschläge machen für Ergänzungen die das nano@home-Projekt verbessern würden.

  • Project Gutenberg FAQ (Nicht grundsätzlich ein DC-Projekt, viel mehr ein „verteiltes management“ Projekt)
  • Folding@Home FAQ
  • SETI@Home FAQ
  • Golem@Home (Golem project description)
  • distributed.net
  • Google Verzeichnis: Distributed Computing
  • Yahoo Verzeichnis: Distributed Computing
  • Aspenleaf Verzeichnis des Distributed Computing Projects

Einige verwandte Hinweise


Some related references

  • Freitas, R. A. Jr., "Microbivores: Artificial Mechanical Phagocytes using Digest and Discharge Protocol" (March 2001).
  • Freitas, R. A. & Phoenix, C. J., "Vasculoid: A Personal Nanomedical Appliance to Replace Human Blood", Journal of Evolution and Technology 11 (April, 2002).
  • Lagace, M., "The Simple Economics of Open Source" Harvard Business School: Working Knowledge (16 May 2000).
  • WHO, "The World Health Report 2002", Annex 2 (2002).

You see yourself as a volunteer already, do you? Great! We could use a hand that's for sure! You don't have to be an expert in molecular modelling or a Java guru. At the moment we are primarily looking for ideas and feedback. We want to get started with the coding a.s.a.p. If you plan to do some serious coding you can already start with downloading and running Jmol. A nanopart description in the protein database format (PDB) which functions as a Neon pump which was designed nearly a decade ago by Ralph Merkle and Eric Drexler is here. You could also have a look at the source code of Jmol because this will be our starting point for our software development. You can subscribe to one (or more) team mailing lists below. If you do not have a specific preference for a team please let me know and I will assign you to one. This project is also kind of a science project. This means there is a learning curve for some parts. Let us know if you want to learn some new exiting stuff concerning nanotechnology, chemistry ... maybe even programming. I am sure that one of us can give you some pointers on whatever you want to become an expert in ... If you don't have much time to spend but still want to help, not to worry! We will (soon) need people to find bugs in our software. We don't need them right now but be sure to visit this page regularly.


  • Freitas, R. A. Jr., „"Microbivores: Artificial Mechanical Phagocytes using Digest and Discharge Protocol" (März 2001).
  • Freitas, R. A. & Phoenix, C.J., Vasculoid: A Personal Nanomedical Appliance to Replace Human Blood", Journal of Evolution and Technology (April,2002).
  • Lagace, M., "The Simple Economics of Open Source" Harvard Business School: Working Knowledge (16 May 2000).
  • WHO, "The World Health Report 2002", Annex 2 (2002).

Sie sehen sich bereits als einen Ehrenamtlichen, tun sie? Großartig! Wir könnten eine hilfreiche Hand gebrauchen, das ist sicher! Sie müssen kein Experte in molekularer Modellierung oder ein Java Guru sein. Momentan schauen wir uns primär nach Ideen und Resonanzen um. Wir wollen anfangen mit der Kodierung a.s.a.p. Wenn sie planen einige ernsthafte Kodierungen zu tun, dann können sie bereits starten mit dem download und dem ausführen von Jmol. Eine Nanoteile-Beschreibung in der Proteindatenbank-Format (PDB), dessen Funktionen als eine Neonpumpe, welche vor etwa einer Dekade von Ralph Merkle und Eric Drexler kreiert wurden gibt es hier. Sie könnten ebenfalls mal auf den Quellcode von Jmol schauen, weil dieser wird unser Startpunkt sein für unsere Softwareentwicklung. Sie können sich unter einer (oder mehrere) Team-mailing-Listen einschreiben. Wenn sie keine spezifische Vorliebe für ein Team haben, lassen Sie mich das bitte wissen und ich werde sie einem zuweisen. Dieses Projekt ist ebenfalls eine Art wissenschaftliches Projekt. Dies heißt, da gibt es eine Lernkurve für einige Teile. Lassen Sie uns wissen, ob Sie etwas neuen interessanten Stoff lernen wollen bzgl. Nanotechnologie, Chemie ... eventuell auch Programmierung. Ich bin sicher, dass einer von uns Ihnen einige Hinweise geben kann, egal worin sie auch ein Experte werden wollen ... Wenn sie nicht viel Zeit haben, aber immer noch helfen wollen, keine Sorge! Wir werden (bald) Leute benötigen die Bugs in unserer Software finden. Wir brauchen sie nicht gerade jetzt, aber seien Sie sicher diese Seite regelmäßig zu besuchen.

Was muss getan werden?


What needs to be done?

Our main programming languages will be JAVA and Python but there is a good chance that libraries written in other languages (C, C++, Fortran, ...) will need to be included. Have a look at the architecture of the nano@home software! We need to develop at least three environments/programs (instead of the usual two for other DC projects):

  • The nano@home main server with the main database
  • The nano@home client software
  • The Computer Aided Molecular Design (CAMD) tool

The client software should run, at least, in a Windows and Linux environment. The CAMD tool should also run on multiprocessor systems. We are going to set up four teams:

  • Communications team
  • GUI team
  • PDL (Part description language) team:
  • Science team:

There will be a lot of interaction necessary between those teams obviously. Developers should also have a general idea (at least) of the whole project. That is why if you subscribe to one of the mailing lists you will automatically get a subscription to the 'general' mailing list. We are looking for team leaders at the moment! Have a look at the development and coding conventions of our project! If you have problems with unfamiliar words or abbreviations look them up on our nano@home jargon page. If something is missing let me know about it. We could use some help with making our webpages more appealing. Any webdesigners out there? We are also looking for volunteers who are willing to help us set up an online crash course on subjects like chemistry and molecular modelling needed for the developers (and later on, the software users) of this project. We think there is already a lot of information available on the web so we can refer to that. We also need to include specific information related to molecular nanotechnology. It is obvious as this is as much a science project as an open source project that not everything is known up-front concerning what is needed for the development and what is needed to reach our goal; designing nanoparts. Sometimes we will need to find the best way to do things ourselves, sometimes we will need 'outside' help. Here is a list of features for our first release v0.1 of the CAMD tool.


Unsere Hauptprogrammierungssprache wird JAVA und Python sein, aber es gibt gute Chancen, dass die Sammlungen die in anderen Sprachen geschrieben wurden (C, C++, Fortran, ...) werden inbegriffen sein. Werfen Sie einen Blick auf die architecture of the nano@home software! Wir müssen mindestens drei Umgebungen/Programme entwickeln (anstelle der gewöhnlichen zwei für andere DC-Projekte):

  • Der nano@home Hauptserver mit der Hauptdatenbank
  • Die nano@home Clientsoftware
  • Das Computer Aided Molecular Design (CAMD) tool

Die Client-Software sollte laufen, mindestens, in einer Windows- und Linux-Umgebung. Das CAMD-tool sollte ebenfalls auf Multiprozessorsystemen laufen. Wir sind dabei vier Teams aufzubauen:

  • Communications team
  • GUI team
  • PDL (Part description language) team:
  • Science team:

Da wird es offenbar jede menge Interaktionen notwendig sein zwischen diesen Teams. Die Entwickler sollten ebenfalls eine generelle Idee haben (mindestens) für das ganze Projekt. Und deshalb, wenn sie einer dieser Mailing-Listen unterschreiben, werden sie automatisch eine Einzeichnung zu der „generellen“Mailing-Liste bekommen. Wir schauen uns momentan nach Team-Führen um! Werfen Sie einen Blick auf die development and coding conventions unseres Projekts! Wenn Sie ein Problem haben mit Fremdwörtern oder Abkürzungen, schauen sie bei der nano@home jargon page nach. Wenn welche fehlen, lassen Sie mich es wissen. Wir könnten etwas Hilfe gebrauchen, indem wir unsere Webseiten attraktiver gestalten. Sind dort irgendwelche Webdesigner da draußen? Wir schauen uns auch nach Freiwilligen um, die gewillt sind uns zu helfen, einen Online-Crash-Kurs aufzubauen für Gebiete wie Chemie und molekulare Modellierung, die für die Entwickler benötigt werden (Und später, die Software-Nutzer) dieses Projektes. Wir denken, es gibt bereits eine Menge an Informationen die auf dem Web abrufbar sind, auf die wir uns beziehen können. Wir müssen ebenfalls spezifische Informationen einbinden die sich auf molekulare Nanotechnologie beziehen. Es ist evident, so sehr dies ein wissenschaftliches Projekt ist, als ein offene Quelle Projekt, und das ist alles freimütig bekannt gegeben werden kann, was für die Entwicklung benötigt wird, um unser Ziel zu erreichen, kreieren von Nanoteilen. Manchmal müssen wir die beste Art finden, um die Dinge selbst zu tun, manchmal werden wir Hilfe von Außen benötigen. Hier ist eine Liste an Funktionen für unsere erste Veröffentlichung v0.1 des CAMD tools.


Quelle: www.nanoathome.org

Übersetzer: --SuperbeowulfSPEG-244 19:18, 21. Nov. 2007 (CET)

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