A ReaDiVivus szimulációs rendszer

A ReaDivivus egy klasztereken futtatható, sztochasztikus reakció-diffúzió (RD) problémák megoldására tervezett párhuzamos szimulációs rendszer. Felépítésének és működésmódjának köszönhetően képes kifejezetten nagy számításigényű 3D problémák kezelésére is.

Reakció, diffúzió és a természet mintázatai

Vajon hogyan alakul ki a pillangó szárnyán látható mintázat?

Miként határozzák meg a gének arcunk vagy kezünk alakját? Hogyan alakulnak ki az állatok kültakaróján látható mintázatok? Vajon milyen törvények határozzák meg az olyan spontán, természetes módon kialakuló mintázatok felépülését, mint amilyenek egy pillangó szárnyán, vagy egy kettévágott achát kristály belsejében megfigyelhetők? Hogyan alakulnak ki a régóta ismert Liesegang-gyűrűk?

Az ilyen és ezekhez hasonló kérdésekre a válasz gyakorta egy megfelelően kialakított reakció-diffúzió modell, amely matematikailag általában egy csatolt, nemlineáris parciális differenciálegyenleteket tartalmazó egyenletrendszernek feleltethető meg. Ezeket az egyenleteket azonban sajnos összetettségük miatt az esetek többségében lehetetlen a szokványos matematikai eszközökkel (vagyis papíron ceruzával) megoldani. Éppen ezért a reakció-diffúzió rendszerek tanulmányozása terén a mai napig számos megoldatlan problémát találhatunk.

Matematikai leírás

Miért keletkeznek néha hélixek a periodikus csapadékképződési folyamatokban (Liesegang-jelenség) és máskor miért nem?

Egy RD-mechanizmust kitalálni, illetve a megfelelő egyenleteket felírni általában nem különösebben nehéz feladat. Ami viszont az egyenletek helyességének ellenőrzését illeti, arra - a problémák említett matematikai összetettsége miatt - az egyetlen használható eszköz a számítógépes szimuláció.

A reakció-diffúzió rendszerek viselkedése az emberi gondolkodás számára túlságosan összetett ahhoz, hogy egy-egy a modellen végrehajtott látszólag apró módosítás valamennyi hatását egyszerűen a józan eszünkre hagyatkozva előre megjósolhassuk.

Ugyanezzel a problémával szembesülünk akkor is, amikor a modell felállítása előtt megpróbáljuk felmérni azoknak az effektusoknak a körét, amelyeket egyáltalán érdemes figyelembe venni. Egy jelenséget látva annak magyarázatára számos, fizikai és kémiai szempontból egyaránt kifejezetten "tetszetős" modellt konstruálhatunk, amelyeknek aztán az egyetlen közös tulajdonsága az lesz, hogy a gyakorlatban egyik se működik.

Ilyenkor az egyetlen dolog, amit tehetünk az, hogy készítünk egy valamelyest eltérő modellt, és újra próbálkozunk. A ReaDiVivus egy olyan eszközkészlet, ami ezt a próba-szerencse játékot jelentpsen lerövidítheti, hiszen segítségével egy-egy újabb modell megalkotása esetenként csak néhány sornyi kód megírását jelenti.

Egy esettanulmány: a Liesegang-jelenség vizsgálata

A periodikus csapadékmintázatok (Liesegang-jelnség) képződésének mechanizmusa 1896 óta ismeretlen...

A ReaDiVivus rendszerhez az alapötletet egy korábbi kutatási projekt, az úgynvezett Liesegang-jelenség tanulmányozása szolgáltatta.

Bár maga a jelenség sem nem új (1896-ban fedezte fel egy nénem kémikus), sem nem tűnik kémiai szempontból különösebben bonyolultnak, egészen 2003-ig nem volt rá egységes magyarázat. Ez elsősorban a fentebb említett matematikai és számítástechnikai nehézségeknek köszönhető.

A ReaDiVivus rendszer képességeit pillanatnyilag legjobban e korábbi projekt eredményeinek bemutatásával lehet demonstrálni.