Corrosion inhibition from first principles: the role of the oxide
- Investigador principal: Pablo Ordejón.
- Investigadores: Alberto García Arribas, José María Castillo Robles, Pol Febrer, Roberta Farris, José María Escartín, Vladimir Dikan, Irina Lebedeva, Federico Pedrón, Catalina Coll.
Corrosion is a critical technological problem, and finding green alternatives to the toxic inorganic compounds used to prevent it is a very hot research topic. The use of small organic molecules as inhibitors has increased significantly in recent years due to their low toxicity. Nevertheless, the mechanisms underlying corrosion inhibition (CI) by these molecules are still unknown.
Molecular modelling was widely applied to find structure-activity relationships for several inhibitors. However, the CI process is a complex problem that requires more refined simulations to be properly understood.
Here we propose using a state-of-the-art methodology combining DFT, NEGF, and QM/MM to tackle that problem, allowing us to reach long MD simulations fully accounting for the potential applied to the electrodes and the solvent effects.
Optimization of composition and interfacial properties of halide solid electrolytes
- Investigador principal: Javier Carrasco Rodríguez.
- Investigador: Andrey Golov.
One of the main challenges in the development of all-solid-state batteries is the search for suitable solid electrolytes (SEs) that simultaneously exhibit high ionic conductivity, chemical stability, and compatibility with the electrode materials. The Li2ZrCl6 (LZC) SE is a promising candidate due to its high lithium-ion conductivity and excellent (electro)chemical stability.
Nevertheless, the practical application of LZC requires improvement of the bulk and interfacial ionic conductivity of the SE. For this purpose, we will calculate reactivity and ionic conductivity using ab initio molecular dynamics simulations of interface models.
Based on the result of these simulations we will propose strategies for the optimization of bulk and interfacial properties of the LZC SE by tuning the electrolyte composition.
Harnessing Thermoelectric Potential of Fe-Ni Skutterudites: A Combined Experimental and Theoretical Approach
- Investigador Principal: José Javier Plata Ramos.
- Investigadores: Antonio M. Márquez Cruz, Javier Fernández Sanz, Julia Santana Andreo, Javier Amaya Suárez, Ernesto Blancas Jiménez, Pinku Nath, Elena Rodríquez Remesal.
In our society, more than 66% of generated energy is wasted, most of it as heat. Thermoelectric, TE, devices stand as the most promising technology to recover part of this wasted heat. Traditionally, TE material efficiency is measured by the figure of merit, zT. Reducing lattice thermal conductivity, kl, is probably the most straightforward approach to enhance zT.
While most of these models are designed to predict directly one of the quantities that are related to zT, the biggest challenge is to establish connections between real space (atomic structure, chemical composition and microstructure) and reciprocal space properties (transport properties and zT).
Our goal is to connect the variables that can be controlled during the design, synthesis and processing of a TE material with their final transport properties and efficiency.
Precise characterization of the low temperature structures of vanadium oxides
- Investigador Principal: José Ángel Silva Guillen
- Investigadores: Víctor Manuel García Suárez. Pablo Alonso González. Javier Martín Sánchez.
Vanadium pentaoxide is a van der Waals material that recently has been found extremely promising for manipulating light at the nanoscale. Since it exhibits phonon-polaritons, it has brought a lot of excitement to the nano-optics community. In addition the properties can be tuned through cation intercalation.
In the proposed Activity we will study the structure, phonon dispersions, electronic, optical and magnetic properties of V2O5 and NaV2O5 in bulk and flakes at different temperatures in order to understand key aspects to control the optical emission properties in van der Waals materials.
The work will be carried out in close collaboration with experimental partners.
3D solar magneto-convection simulations extended to the corona with the MANCHA3D code
Ana María Navarro Noguera
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES)
The aim of our research project is to investigate via numerical modeling one of the fundamental unsolved problems in solar physics – the heating mechanisms of the solar chromosphere. It will be done by a thorough examination of the most important non-ideal effects derived by the low ionization degree of the plasma using the single and two-fluid (plasma-neutral) frameworks.
As an intermediate step, here we perform 3D realistic magneto-convection models extended to the corona in the one-fluid approximation. For the first time, we will examine the chromospheric heating due to joint action of the thermal conduction and ambipolar diffusion in a large span of magnetic field topologies and field strengths in a self-consistent coupled model from the upper convection zone to the solar corona.
Computational modelling of the lattice thermal conductivity of skutterudites under pressure
- José Javier Plata Ramos. Universidad de Sevilla (US).
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
In our society, more than 66% of generated energy is wasted, most of it as heat. Thermoelectric, TE, devices stand as the most promising technology to recover part of this wasted heat. Traditionally, TE material efficiency is measured by the figure of merit, zT. Reducing lattice thermal conductivity, kl, is probably the most straightforward approach to enhance zT. While most of these models are designed to predict directly one of the quantities that are related to zT, the biggest challenge is to establish connections between real space (atomic structure, chemical composition and microstructure) and reciprocal space properties (transport properties and zT). Our goal is to connect the variables that can be controlled during the design, synthesis and processing of a TE material with their final transport properties and efficiency.
Segregation assessment in the manufacturing process of metal powder cored-wire
- Elena Beatriz Martín Ortega. Universidad de VIGO – CITMAga.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
Cored wires, used as addition material in different steel and foundry industries, must contain specific concentrations of different metal powders with very different densities and particle sizes. Therefore, undesirable segregation occurs during the wire filling process, especially at the beginning of the production, making the first portion of the final manufactured cored wire unsuitable due to its high inhomogeneity.
This project proposes to use HPC numerical simulation to predict the segregation during the initial production stage of the cored wire using Discrete Element Models. First, the granular flow in simplified configurations will be studied numerically and experimentally to calibrate the material parameters involved in the model. Then, the simulation of the industrial initial filling process will be carried out and validated.
Plan complementario de Biotecnología aplicada a la salud
- Entidades beneficiarias por regiones: Cataluña (5), País Vasco (9), Castilla la Mancha (2), Galicia (7), Extremadura (4), Aragón (3) y Andalucía.
- Entidades beneficiarias en Extremadura: Centro de Cirugía de Mínima Invasión Jesús Usón (CCMIJU); Fundación Computación y Tecnologías Avanzadas de Extremadura (COMPUTAEX); Fundación para la Formación e Investigación de los Profesionales de la Salud de Extremadura (FundeSalud); Universidad de Extremadura (UEx).
En los últimos años se han logrado relevantes desarrollos biotecnológicos y digitales (inteligencia artificial, supercomputación, robótica y tecnología de sensores, bioingeniería, o nanotecnología, entre otros) que están permitiendo la generación y el análisis masivo de datos ómicos relacionados con la salud y la enfermedad. Esto está llevando a un cambio radical de las herramientas para diseñar y producir nuevos sistemas y dispositivos de diagnóstico, pronóstico y terapia.
La integración y adopción de estas tecnologías facilitadoras en la industria biotecnológica y de tecnologías médicas es donde radica el gran potencial de conseguir una medicina personalizada o de precisión que establezca, para cada individuo, herramientas para la prevención según su predisposición a determinadas enfermedades, sistemas para el diagnóstico precoz, y métodos para elegir la estrategia terapéutica que mejor se adapte a cada persona en cada circunstancia.
Galemys: Alineamiento, ensamblado y secuenciación del genoma del desmán de los Pirineos
- Juan Luis García Zapata, Universidad de Extremadura (UEx).
Se propone realizar la secuenciación, alineamiento y construcción de una base de datos genómica a partir de extracción de ADN completo del Desmán de los Pirineos (Galemys pyrenaicus), así como desarrollar la infraestructura bioinformática necesaria para su comparativa con otros genomas pertenecientes a especies de micromamíferos, aplicando metodologías de Deep Learning y Aprendizaje por Refuerzo.
Las técnicas genómicas de construcción de la base de datos, de procesamiento y comparación demandan tanto gran capacidad de almacenamiento como gran capacidad de cómputo, tanto por volumen de datos como por el uso de algoritmos estadísticos y combinatorios específicos de este campo, lo que implica el uso de instalaciones de altas prestaciones (High performance computing, HPC), así como metodologías de computación científica específicas en el campo de la bioinformática.
Computational modelling of the lattice thermal conductivity of alloys with thermoelectric applications
- Jose Javier Plata Ramos. Universidad de Sevilla.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
In our society, more than 66% of generated energy is wasted, most of it as heat. Thermoelectric, TE, devices stand as the most promising technology to recover part of this wasted heat. Traditionally, TE material efficiency is measured by the figure of merit, zT. While there are models designed to predict directly one of the quantities that are related to zT, the biggest challenge is to establish connections between real space (atomic structure, chemical composition and microstructure) and reciprocal space properties (transport properties and zT). Our goal is to connect the variables that can be controlled during the design, synthesis and processing of a TE material with their final transport properties and efficiency.
Modelling the NPC1-NPC2 protein-protein interaction using Alphafold Multimer and Molecular dynamics simulations
- Llabrés Prat. Universitat de Barcelona
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
Niemann-Pick disease type C is a rare genetic disorder in which cholesterol transport across the body is compromised. Its cause are mutations on the lysosomal NPC1 and NPC2 proteins. The aim of this project is to validate a structural model of the protein-protein interaction of NPC1 and NPC2 proteins using AlphaFold Multimer and state-of-the-art molecular modelling methods.
Ab initio molecular dynamics study of bimolecular processes in acid zeolites
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
Many industrially relevant hydrocarbon reactions catalyzed by acid zeolites include in their mechanism bimolecular steps, in which new C-C bonds form by reaction of cationic intermediates with neutral molecules. To design highly specific catalysts able to favor one particular process among some competitive ones, it is necessary to go beyond the static description provided by standard DFT calculations and take into account the mobility of the reactants within the zeolite channels. In this project we intend to investigate, using ab initio molecular dynamics (AIMD) metadynamics simulations, the formation of key dimeric intermediates involved in the diethylbenzene-benzene transalkylation and butene skeletal isomerization reactions, in order to find the zeolite microporous structures able to enhance the rate of such bimolecular steps.
Combining high-throughput calculations and Machine Learning for exploring the thermoelectric efficiency of large chemical spaces: quaternary metallic chalcogenides
- Manuel Alcami. Universidad de Sevilla.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
In our society, more than 66% of generated energy is wasted, most of it as heat. Thermoelectric, TE, devices stand as the most promising technology to recover part of this wasted heat. Traditionally, TE material efficiency is measured by the figure of merit, zT. While there are models designed to predict directly one of the quantities that are related to zT, the biggest challenge is to establish connections between real space (atomic structure, chemical composition and microstructure) and reciprocal space properties (transport properties and zT). Our goal is to connect the variables that can be controlled during the design, synthesis and processing of a TE material with their final transport properties and efficiency.
- Manuel Alcami. Universidad Autónoma de Madrid.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
The project will develop a large database of quantum chemical calculation of pesticide that will be central part of an expert system to predict the environmental impact of pesticides based exclusively in Quantum Chemistry calculations.
The ultimate goal is to develop and validate new computational tools to predict the impact of pesticides and their degradation products, providing new predictive decision-making tools in environmental policy.
In silico design of light propelled molecular machines for the scrutiny and control of biological processes
- Inés Corral. Universidad Autónoma de Madrid.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
Light-driven molecular machines afford the monitoring and manipulation of biological and biochemical processes within the same spatial and temporal scales of nature, contributing to their understanding and to the identification of potential dysfunctions. The aim of the present activity is to scrutinize the working mechanism of azo-based BODIPY photoswitches, as prototypes for turn-on hypoxia fluorescent probes, and only-photon unidirectional hemithioindigo molecular motors, employing full dimensional molecular dynamics simulations, and state of the art electronic structure approaches. These results are intended to establish structural-photophysical relationships that might serve as a basis for the rational design of novel biomarkers and molecular motors with improved absorbing properties, efficiency and sensitivity.
Studying the statistical properties of clusters of photonic particles by communication-free parallel Monte Carlo simulations
- Juan Manuel Rius Casals. Universitat Politècnica de Catalunya.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
Clusters of plasmonic nanoparticles enable a multitude of promising applications as surface-enhanced Raman spectroscopy or tailored properties in colloidal assemblies. Computer simulations play a fundamental role in understanding and predicting the electromagnetic properties of these clusters. We employ a novel communication-free parallel Monte Carlo method to efficiently calculate the optical response of clusters of nanoparticles with different configurations. Our objective is to study the properties of these systems from a statistical point of view, with special emphasis on the coupling effects that determine their collective behavior. From the results, we infer simple rules that allow to better understand them and to design particle arrays with the desired properties.
Simulations of carbon-based electrodes for a new generation of more efficient bateries
- César González. Universidad Complutense de Madrid.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
Solid state batteries have recently acquired a great importance due to their advantages respect the other types. Normally, graphite has been chosen as the anode electrode due to the fantastic electronic properties and the low chemical reactivity. Doping the C-based structures with N, an improvement in the electrode performance is obtained. In this project, using precise mechano-quantum calculations based on the Density Functional Theory, we have planned to study graphite and nanotubes doped with different elements (N or B) in order to establish their potential improvement in the electronic interchange as well as the ionic mobility. We will study the inclusion of different types and number of alkaline ions (Li, Na, K) to find the best arrangements and the saturation number. All these parameters will suggest the best future electrode.
Towards high-efficient and stable all-inorganic perovskites as sun-light absorber materials
- Gregorio Garcia Moreno. Universidad Politécnica de Madrid.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
Hybrid organic-inorganic lead halide perovskites have earned much consideration for their use in photovoltaic devices, wich efficiencies as high as 23%. But yet important challenges need to be overcome: poor stability and the toxicity of Pb. This project purpose the search for suitable perovskite semiconductor materials with enhanced stability, low toxicity as well as improved sunlight conversion efficiencies. Both, the intrinsic stability (replacing the organic cations by inorganic ones) and toxicity (by reducing Pb quantity) problems of perovskite materials can be fixed by adjusting the chemical composition. Thus, the effect of the chemical composition of all-inorganic perovskites with general formula Cs1-aRbPb1-bSnbI2Br on stability and sub-light absorption related-properties by using ab-initio methods.
Combining high-throughput calculations and Machine Learning for exploring the thermoelectric efficiency of large chemical spaces: quaternary metallic chalcogenides
- Jose Javier Plata Ramos. Universidad de Sevilla [US].
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
In our society, more than 66% of generated energy is wasted, most of it as heat. Thermoelectric, TE, devices stand as the most promising technology to recover part of this wasted heat. Traditionally, TE material efficiency is measured by the figure of merit, zT. While there are models designed to predict directly one of the quantities that are related to zT, the biggest challenge is to establish connections between real space (atomic structure, chemical composition and microstructure) and reciprocal space properties (transport properties and zT). Our goal is to connect the variables that can be controlled during the design, synthesis and processing of a TE material with their final transport properties and efficiency.
Theoretical prediction of the environmental impact of pesticides
- Manuel Alcami. Universidad Autónoma de Madrid [UAM].
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
The project will develop a large database of quantum chemical calculation of pesticide that will be central part of an expert system to predict the environmental impact of pesticides based exclusively in Quantum Chemistry calculations. The ultimate goal is to develop and validate new computational tools to predict the impact of pesticides and their degradation products, providing new predictive decision-making tools in environmental policy.
In silico design of light propelled molecular machines for the scrutiny and control of biological processes
- Inés Corral Pérez. Universidad Autónoma de Madrid [UAM].
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
Light-driven molecular machines afford the monitoring and manipulation of biological and biochemical processes within the same spatial and temporal scales of nature, contributing to their understanding and to the identification of potential dysfunctions. The aim of the present activity is to scrutinize the working mechanism of azo-based BODIPY photoswitches, as prototypes for turn-on hypoxia fluorescent probes, and only-photon unidirectional hemithioindigo molecular motors, employing full dimensional molecular dynamics simulations, and state of the art electronic structure approaches. These results are intended to establish structural-photophysical relationships that might serve as a basis for the rational design of novel biomarkers and molecular motors with improved absorbing properties, efficiency and sensitivity.
Accelerated high-throughput prediction of the figure of merit of Skutterudites.
- Jose Javier Plata Ramos. Universidad de Sevilla.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
In our society, more than 66% of generated energy is wasted, most of it as heat. Thermoelectric, TE, devices stand as the most promising technology to recover part of this wasted heat. Traditionally, TE material efficiency is measured by the figure of merit, zT. Reducing lattice thermal conductivity, kl, is probably the most straightforward approach to enhance zT. While most of these models are designed to predict directly one of the quantities that are related to zT, the biggest challenge is to establish connections between real space (atomic structure, chemical composition and microstructure) and reciprocal space properties (transport properties and zT). Our goal is to connect the variables that can be controlled during the design, synthesis and processing of a TE material with their final transport properties and efficiency.
- Joaquín Mateo. Vall d’Hebron Instituto of Oncology (VHIO).
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
Precision medicine is an unmet need in metastatic prostate cancer (mPC). PARP inhibitors are now approved for the treatment of mPC associated with HRR mutations; however, significant inter-patient variability in outcome exist; better predictive biomarkers for patient stratification are needed. Genomic signatures of HRR defects have putative predictive value in other tumor types, but their clinical significance in prostate cancer is unknown. We will study the distribution of genomic events associated to HRR defects (LOH, LST, NTAI, CNA patterns) and derived signatures. We will test the hypothesise, based on data from our lab, that these signatures are enriched with resistance to hormonal treatments. We will study these features in WES and WGS datasets covering the disease spectrum, from treatment-naïve to late-stage drug resistant mPC.
Accelerated high-throughput prediction of the thermal conductivity of Skutterudites by machine learning
- Jose Javier Plata Ramos. Universidad de Sevilla.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
In our society, more than 66% of generated energy is wasted, most of it as heat. Thermoelectric, TE, devices stand as the most promising technology to recover part of this wasted heat. Traditionally, TE material efficiency is measured by the figure of merit, zT. Reducing lattice thermal conductivity, kl, is probably the most straightforward approach to enhance zT. While most of these models are designed to predict directly one of the quantities that are related to zT, the biggest challenge is to establish connections between real space (atomic structure, chemical composition and microstructure) and reciprocal space properties (transport properties and zT). Our goal is to connect the variables that can be controlled during the design, synthesis and processing of a TE material with their final transport properties and efficiency.
Investigating the effects of disease-causing mutations on the stability and dynamic properties of the human Hint1 protein
- Shoshana Wodak. VIB-VUB Center for Structural Biology.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
Mutations of the dimeric Hint1 enzyme are well-known to cause neuropathy associated with neuromyotonia (NMAN). So far, 25 distinct NMAN causative variants have been identified world-wide. Structure-based bioinformatics predictors and in vivo assays revealed that certain variants compromise the protein stability more than the others. In this molecular dynamics (MD) simulation study, we scrutinize the structural dynamics of the wild-type and the single-residue mutant constructs, moreover, the extent of the destabilization effect of disease variants by MD simulations and thermodynamic integration in order to find disease variants that only compromise the stability to the extent that it is rescuable by small molecule stabilizers.
Computational modelling and design of thermoelectric materials based on metal chalcogenides and oxychalcogenides: the effects of the chemical composition
- Jose Javier Plata Ramos. Universidad de Sevilla (US).
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
In our society, more than 66% of generated energy is wasted, most of it as heat. Thermoelectric, TE, devices stand as the most promising technology to recover part of this wasted heat. Traditionally, TE material efficiency is measured by the figure of merit, zT. Reducing lattice thermal conductivity, kl, is probably the most straightforward approach to enhance zT. While most of these models are designed to predict directly one of the quantities that are related to zT, the biggest challenge is to establish connections between real space (atomic structure, chemical composition and microstructure) and reciprocal space properties (transport properties and zT). Our goal is to connect the variables that can be controlled during the design, synthesis and processing of a TE material with their final transport properties and efficiency.
Origin of the selectivity on the conversion of CO2 on ceria supported Ni catalyst from multiscale simulations
- Francesc Illas Riera. Universidad de Barcelona (UB).
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
Conversion of atmospheric CO2 is a need to prevent further global warming and also constitutes an opportunity as it can be used as a C1 feedstock for the synthesis of fuels and other commodities. However, the high stability of this molecule requires high active catalysts, often transition metals, leading to a mixture of products. Here, the selectivity of Ni on a ceria support towards CO2 conversion will be studied by multiscale modelling simulations and compared to that of previous studies for extended Ni surfaces and Ni nanoparticles supported on TiC. This will provide useful information for the development of more efficient and selective catalyst.
Functional dynamics of human DNA polymerase delta
- Ramon Crehuet. Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
Although the basic process of DNA replication is well-known, there are still many questions about the roles of specific components and how is the high fidelity of the replication achieved. One of these components is p12, a protein that binds DNA polymerase delta and regulates its activity. In the present work we aim to understand how p12 modulates the activity of its partner polymerase delta by combining structures from Cryo-EM and enhanced sampling simulations. Our hypothesis is that this small protein is able to control the rate at which polymerase delta changes from active to inactive conformations by binding to a critical region of the polymerase.
Development of a Neural Network Potential to reproduce the potential energy landscape of gold AuN (N=10-120) anionic, cationic and neutral nanoclusters.
- Andrés Vega-Hierro. Unversidad de Valladolid (UVa).
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
First principles calculations are the standard approach to study nanostructures, which are based on the fundamental laws of quantum mechanics. There are several situations however in which these calculations are not feasible, for instance in large systems containing thousands of atoms, or when exploring the completeness of the energy potential landscape. Thus, other approaches emerge such as the interatomic potentials, or the novel Neural Network Potentials. Based on the Machine Learning technique, these combine the speed of empirical potentials while being substantially more accurate. We have developed a Neural Network Potential for nanostructures, and we aim to apply this scheme to gold nanoclusters, a system arduous to study by ab-initio calculations and challenging to depict through empirical potentials due to its complexity.
Origin of the selectivity on the conversion of CO2 on ceria supported Ni catalyst from multiscale simulations
- Francesc Illas. Faculty of Chemistry, University of Barcelona (UB).
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
Conversion of atmospheric CO2 is a need to prevent further global warming and also constitutes an opportunity as it can be used as a C1 feedstock for the synthesis of fuels and other commodities. However, the high stability of this molecule requires high active catalysts, often transition metals, leading to a mixture of products. Here, the selectivity of Ni on a ceria support towards CO2 conversion will be studied by multiscale modelling simulations and compared to that of previous studies for extended Ni surfaces and Ni nanoparticles supported on TiC. This will provide useful information for the development of more efficient and selective catalyst.
- Ramon Crehuet. Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
Although the basic process of DNA replication is well-known, there are still many questions about the roles of specific components and how is the high fidelity of the replication achieved. One of these components is p12, a protein that binds DNA polymerase delta and regulates its activity. In the present work we aim to understand how p12 modulates the activity of its partner polymerase delta by combining structures from Cryo-EM and enhanced sampling simulations. Our hypothesis is that this small protein is able to control the rate at which polymerase delta changes from active to inactive conformations by binding to a critical region of the polymerase.
Development of a Neural Network Potential to reproduce the potential energy landscape of gold AuN (N=10-120) anionic, cationic and neutral nanoclusters.
- Andrés Vega-Hierro. Unversidad de Valladolid (UVa).
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
First principles calculations are the standard approach to study nanostructures, which are based on the fundamental laws of quantum mechanics. There are several situations however in which these calculations are not feasible, for instance in large systems containing thousands of atoms, or when exploring the completeness of the energy potential landscape. Thus, other approaches emerge such as the interatomic potentials, or the novel Neural Network Potentials. Based on the Machine Learning technique, these combine the speed of empirical potentials while being substantially more accurate. We have developed a Neural Network Potential for nanostructures, and we aim to apply this scheme to gold nanoclusters, a system arduous to study by ab-initio calculations and challenging to depict through empirical potentials due to its complexity.
Origin of the selectivity on the conversion of CO2 on ceria supported Ni catalyst from multiscale simulations
- Francesc Illas. Faculty of Chemistry, University of Barcelona (UB).
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
Conversion of atmospheric CO2 is a need to prevent further global warming and also constitutes an opportunity as it can be used as a C1 feedstock for the synthesis of fuels and other commodities. However, the high stability of this molecule requires high active catalysts, often transition metals, leading to a mixture of products. Here, the selectivity of Ni on a ceria support towards CO2 conversion will be studied by multiscale modelling simulations and compared to that of previous studies for extended Ni surfaces and Ni nanoparticles supported on TiC. This will provide useful information for the development of more efficient and selective catalyst.
Understanding a novel mode of non-canonical CaM activation
- Alvaro Villarroel. Insituto Biofisika (Basque Centre for Biophysics), CSIC, UPV/EHU.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
Calmodulin (CaM) is the main eukaryotic mediator that confers the ability to respond to intracellular Ca2+ oscillations. CaM binds a huge amount of targets and transmit the Ca2+ signalization in a versatile way, making it a suitable pharmacological target. We are investigating and interaction between a peptide and CaM, which is able to modulate de calcium signal into the cellar excitability dampener Kv7 channel. The aim of this project is to translate the wet experiments to in silico systems to describe at an atomic level how different peptides interact with CaM and translate the calcium signalling to proteins. We believe that this non-canonical mechanism of calcium modulation will provide insights to develop new drug applicable to several diseases, such as, epileptogenic epilepsy and Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS).
Functional dynamics of human DNA polymerase delta
- Ramon Crehuet. Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
Although the basic process of DNA replication is well-known, there are still many questions about the roles of specific components and how is the high fidelity of the replication achieved. One of these components is p12, a protein that binds DNA polymerase delta and regulates its activity. In the present work we aim to understand how p12 modulates the activity of its partner polymerase delta by combining structures from Cryo-EM and enhanced sampling simulations. Our hypothesis is that this small protein is able to control the rate at which polymerase delta changes from active to inactive conformations by binding to a critical region of the polymerase.
Modelización de reacciones multicomponente
- Carlos Fernández Marcos. Grupo de investigación «Laboratorio de Química Bioorgánica y Biofísica de Membranas», Facultad de Veterinaria, Universidad de Extremadura (UEX).
Predicting thermoelastic properties of 2D materials
- Jose Javier Plata Ramos. Universidad de Sevilla.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.
Since the isolation of graphene, two dimensional (2D) materials have attracted the attention due to their exceptional and exotic mechanical, electronic, thermal, and optical properties for potential applications in different key technologies. The prediction of most of their electronic and mechanical properties using DFT commercial packages is considered as routine. However, static DFT calculations does not include thermal effects, so the prediction of materials properties such as elasticity on working conditions and their thermal stability remains as a challenge. In previous periods, we established a new methodology to predict the thermoelastic properties of ultra-high temperature ceramics, reducing the computational cost. In this activity, we strive to calculate the temperature-dependent elastic constants of 2D materials.
Designing Active Materials toward Formic Acid Reduction
- Federico Calle Vallejo. Universidad de Barcelona.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.
The electrochemical reduction of formic acid (FAR) is still an unsolved challenge in CO2 transformation into commodities and fuels with high energy densities. Indeed, previous experimental results have shown that several materials reduce CO2 only to formic acid. In this work, using DFT calculations, we will model all the different mechanistic possibilities on several metals and oxides to unravel the special characteristics that efficient FAR catalysts should have. Based on those, we will design and test new materials for FAR to methanol.
Zr-based metal–organic frameworks for biomass valorization
- Manuel Ortuño. ICIQ (Instituto Catalán de Investigación Química).
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.
While fossil fuels deplete, the use of biomass as renewable resources of carbon atoms becomes a promising solution to develop a sustainable industry. Bridging the gap between homogeneous and heterogeneous catalysis, this project will study metal–organic frameworks based on zirconia nodes to catalyze the valorization of biomass-derived feedstocks into high-value chemicals and fuels. Understanding the reaction mechanisms at atomic level of detail will help to guide future experiments.
Estudios teóricos cinéticos y dinámicos usando superficies de energía potencial en sistemas poliatómicos
Joaquín Espinosa García, José C. Corchado Martín-Romo, Cipriano Rangel Delgado, Manuel Monge Palacios, Juan de la C. García Bernáldez, Alberto Cabello Sánchez y José L. Bravo Trinidad. Grupo de investigación GCYDEX, Universidad de Extremadura (UEX).
El campo de investigación se centra en el estudio cinético y dinámico teórico de sistemas poliatómicos en fase gaseosa, basado en el conocimiento de las superficies de energía potencial (SEP). Un reto importante en esta investigación es la evolución desde los bien estudiados sistemas átomo+diátomo a los sistemas poliatómicos. Las superficies de energía potencial desempeñan un papel central en la completa descripción de un sistema reactivo.
Exploring the role of K as a promoter in the water-gas shift reaction and methanol synthesis
- Jose Javier Plata Ramos. Universidad de Sevilla.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.
The activity and selectivity of a heterogeneous catalyst can be substantially affected by the addition of a promoter. In this project, we aim to study the influence of K as a promoter for the WGS reaction and methanol synthesis in different Cu based catalyst. Our previous studies demonstrated that K plays an important role in water dissociation but it is unclear its influence in the whole catalytic cycle from a thermodynamic and kinetic points of view.
Sistema bioinformático de apoyo a la investigación en la unificación del patrimonio genealógico y genético
- Álvaro Rodríguez San Pedro. TFG en Grado en Ingeniería Informática en Ingeniería de Software de la UEx. Codirigido por Félix Rodríguez Rodríguez y José Luis González Sánchez.
El desarrollo en el campo de la genética ha abierto nuevas puertas en el estudio de enfermedades y en el diagnóstico clínico. La medicina de precisión pretende aprovechar esas nuevas capacidades. Aunando el estudio de la variabilidad genética de los individuos, su entorno y sus hábitos de vida, pretende identificar estrategias de tratamiento y prevención de enfermedades para grupos concretos. En Extremadura, la aplicación de tales técnicas está supeditada a la disponibilidad de la información. Para ello, es necesaria una plataforma que permita la unificación del patrimonio genealógico y genético, conjuntamente con los datos clínicos.
Plataforma de integración y gestión de datos geolocalizados destinados a mejorar la eficiencia agraria de los cultivos
- Álvaro Huertas Martín. TFG en Grado en Ingeniería Informática en Ingeniería de Software de la UEx. Codirigido por Félix Rodríguez Rodríguez y José Luis González Sánchez.
Es un hecho que las nuevas tecnologías están llegando con retraso al sector agropecuario en Extremadura, creando una gran desigualdad respecto a otros sectores como la industria alimentaria. Este problema se ve acrecentado ante una demanda de productos del sector agrícola y ganadero que va en aumento y que resulta en un mercado basado en la importación de productos del exterior y en la producción de productos de baja calidad. Esto supone un reto para el sector tecnológico de la región. Es por ello que se deben proponer soluciones para la mejora de la producción agrícola y ganadera y paliar esta desigualdad entre la oferta y la demanda.
Prospéctic2: Aplicación de Inteligencia Artificial, Big Open Data y Supercomputación al Estudio de la Herencia Epigenética en Enfermedades Oncológicas
Entendiendo que la prospectiva es el conjunto de análisis y estudios realizados con el fin de explorar o predecir el futuro en una determinada materia, el objetivo general del proyecto Prospéctic2, continuidad del proyecto Prospéctica: Big Open Data para el análisis y estudio de la influencia del entorno en enfermedades oncológicas, será aplicar las tecnologías informáticas con carácter prospectivo para enfrentarse a la influencia que las condiciones del entorno tienen en la aparición y prevalencia de ciertas enfermedades oncológicas, y el papel que desempeña el sistema inmunológico.
CultivDat2: Desarrollo sostenible aplicando modelos predictivos al cultivo de datos agrarios
El objetivo general del proyecto CultivData está centrado en el análisis, diseño y pilotaje de un prototipo de plataforma informática para el “cultivo” de datos agrarios abiertos y públicos aspirando a la excelencia en el sector agrario extremeño. La plataforma capta datos de muy diversas fuentes y formatos para, una vez obtenidos, aplicar técnicas de Big Data con el fin de crear modelos de datos que permitan obtener conocimiento que pueda resultar de utilidad para los grupos de interés del sector agroalimentario. Este conocimiento permitirá tomar decisiones fundamentales para mejorar la calidad de los productos, ampliar la productividad de las explotaciones y aspirar a la eficiencia en la comercialización.
Se está obteniendo en CultivData una metodología y un prototipo en el que las técnicas analíticas de Big Data son un requerimiento muy importante, dados los volúmenes de datos y variantes de formatos. La velocidad de respuesta y las simulaciones casi en tiempo real requieren de la potencia de procesamiento HPC (High Performance Computing) que el supercomputador LUSITANIA II puede aportar a este tipo de proyectos.
Predicting thermoelastic properties of materials with advanced exchange correlation functionals
- Jose Javier Plata Ramos. Universidad de Sevilla.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.
Thermoelastic properties of materials are essential to understand the behavior of Earth-forming minerals at high pressures and temperatures or the use of ultra-high temperature ceramics at aerospace applications. However, the computational prediction of the properties is extremely expensive. We have developed a methodology to finite temperature properties such as elastic constants and other mechanical properties such as bulk modulus, shear modulus, Poisson ratio, Young modulus or elastic anisotropy, reducing the computational cost of traditional approaches. However, many questions related to the performance of different exchange correlation functions to predict these properties remains unsolved. In this activity, we strive to calculate thermoelastic properties of a benchmark of materials using different functionals.
Estudios computacionales para simulación de reacciones químicas
- Guadalupe Silvero Enríquez, Ignacio López-Coca Martín y María José Arévalo Caballero. Grupo de investigación Laboratory of Applied and Sustainable Organic Chemistry (LABASOC). Departamento de Química Orgánica e Inorgánica del Semidistrito de Cáceres de la Universidad de Extremadura (UEX).
Estudio, desde un punto de vista teórico, de reacciones químicas, para optimizar las condiciones de reacción y los tiempos y rendimientos experimentales y llegar a comprender y explicar los mecanismos por los que transcurren determinados procesos. Utilización del paquete de programas Gaussian para abordar el estudio.
Glicoconjugados basados en el esqueleto de aminopoliol. Estructura agregación y modificación superficial
- Pedro Cintas Moreno, Martín Ávalos González, Reyes Babiano Caballero, David Cantillo Nieves, José Luis Jiménez Requejo, Rafael Fernando Martínez Vázquez, Juan Carlos Palacios Albarrán y Esther Matamoros Castellano. Grupo de investigación QUOREX, Universidad de Extremadura (UEX).
QUOREX está integrado por docentes e investigadores cuyas líneas de trabajo se encuentran financiadas a través de proyectos nacionales y regionales. El grupo trabaja en las siguientes líneas de investigación, en las cuáles la supercomputación es una herramienta importante: estudio de reactividad química en moléculas orgánicas, a elevado nivel teórico (en particular procesos regio-, enantio- y diastereoselectivos catalizados por complejos metálicos); diseño computacional de cápsulas oligoméricas como medios de reacción organizados, evaluando transformaciones selectivas de inclusión y reconocimiento molecular; simulación del centro activo de enzimas catalíticos. Estudio de la interacción con moléculas orgánicas pequeñas que pueden actuar como agonistas o antagonistas del enzima; y modelización de las interacciones de glicolípidos y sustancias anfipáticas derivadas de carbohidratos con superficies metálicas. Entre los objetivos alcanzados en este proyecto destacan los siguientes:
- Una de las líneas de investigación se ha centrado en la síntesis y estudio estructural de bases de Schiff generadas por condensación de aldehídos aromáticos con aminas de diferente naturaleza (aromáticas, alifáticas, aminopolioles y aminoheterociclos). El estudio estructural, basado en experiencias de difracción de rayos X y de resonancia magnética nuclear, se ha completado con estudios teóricos llevados a cabo a nivel DFT, en fase gaseosa y en disolución, que han permitido realizar un completo análisis de los equilibrios iminaenamina en disolución y en estado sólido.
- Se ha realizado el estudio de los equilibrios tautoméricosimina-enamina en varias bases de Schiff derivadas del aminopolioltris (hidroximetil) aminometano. A través de cálculos teóricos realizados utilizando los métodos B3LYP/6-31G* y M06-2X/6-311++G** se ha determinado la estabilidad relativa de cada uno de los tautómeros, así como la del estado de transición correspondiente a su interconversión. Los resultados obtenidos están de acuerdo con la existencia de estructuras enamínicas preferentemente en estado sólido, si bien la tranformaciónimina-enamina debe tener lugar con gran facilidad dada la baja barrera de activación encontrada para dicha transformación (< 8 kcal.mol-1). A través de un protocolo computacional se ha modelado la estructura cristalina, lo que ha puesto de manifiesto la mayor estabilidad de la forma enamínica en el retículo cristalino, hecho que concuerda totalmente con los datos obtenidos a través de difracción de rayos X de monocristal.
Predicting temperature-dependent elastic constants for ultra-high temperature ceramics
- Jose Javier Plata Ramos. Universidad de Sevilla.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.
Ultra-high temperature ceramics, UHTCs, are key components of materials used in extreme conditions for aerospace applications. However, the characterisation of these materials at working conditions is extremely expensive and there are few laboratories over the world with the required facilities for that task. Although elastic constant at 0 K are calculated routinely by first principles, temperature-dependent elastic constant calculations are still a difficult challenge because of the lack of well stablished approaches and the high computational cost of these methodologies. In this activity, we strive to calculate the temperature-dependent elastic constants of UHTC materials.
Photo-sensitization of doped ferroelectric oxides using a high-throughput framework.
- Jose Javier Plata Ramos. Universidad de Sevilla.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.
Perovskites have revolutionized solar cell research obtaining efficiencies up to 22% in less than 10 years. In contrast to conventional solar cells, the efficiency of this new generation of solar cells is not controlled by the Shockley-Queisser limit. Ferroelectric materials exhibit a spontaneous electric polarization facilitating the excited carrier separation which is known as bulk photovoltaic effect. While ferroelectric oxides perovskites excel separating effectively excited charges, thy are far for being good sunlight harvesters. Different strategies have been proposed to tune their electronic properties, but doping is the most common route to modify their electronic properties. In this activity, we strive to apply high-throughput techniques to tune the electronic structure of ferroelectric oxides by doping.
Discovery of new peptides to rescue the mutated p53 tetramer
- Ernest Giralt Lledó. Institute for Research in Biomedicine (IRB).
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.
Tetramer formation of p53 (TP53) is essential for its tumor suppressor function. The p53 not only acts as a tumor suppressor protein by inducing cell cycle arrest
and apoptosis. More than 50% of human tumors have TP53 gene mutations, and most of them are missense mutations that reduce tumor suppressor activity of
p53 by destabilizing the TP53 formation. A new therapeutical intervention where an active peptide is able to stabilize TP53 tetramers and re-store functional protective activity of p53 is pursued in this project by combining state-of-the-art experimental and computational approaches.
Discovery of p53 tetramer stabilization peptides
- Ernest Giralt Lledó. Institute for Research in Biomedicine (IRB).
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.
Tetramer formation of p53 (TP53) is essential for its tumor suppressor function. The p53 not only acts as a tumor suppressor protein by inducing cell cycle arrest and apoptosis. More than 50% of human tumors have TP53 gene mutations, and most of them are missense mutations that reduce tumor suppressor activity of p53 by destabilizing the TP53 formation. A new therapeutical intervention where an active peptide is able to stabilize TP53 tetramers and re-store functional protective activity of p53 is pursued in this project by combining state-of-the-art experimental and computational approaches.
Prospéctica: Big Open Data para el análisis y estudio de la influencia del entorno en enfermedades oncológicas
- CLOUDEX, S.L.
- CénitS.
El programa de Innovación y Talento (PIT), promovido por la Consejería de Educación y Empleo de la Junta de Extremadura, y destinado a la contratación de desempleados menores de 30 años, combina la formación de tecnólogos con las prácticas profesionales en empresas privadas. Su objetivo es facilitar la inserción laboral y potenciar las capacidades del talento en las siguientes áreas: agroalimentaria, tecnologías de la información y la comunicación, turismo, salud, energías limpias, investigación básica, humanidades y ciencias sociales, economía verde, economía circular y bioeconomía. La duración de cada proyecto concedido es de 9 meses, de los cuales, el 25% consiste en un proceso formativo impartido y tutorizado en CénitS, mientras que el 75% restante se destina al desarrollo de trabajo en las empresas privadas correspondientes. La formación en CénitS tiene por objeto la mejora y adquisición de competencias y capacidades, para el desempeño posterior de actividades como tecnólogos en las empresas seleccionadas, incluyendo además formación específica en competencias colaborativas. Se muestran a continuación los cuatro proyectos principales:
Entendiendo que la prospectiva es el conjunto de análisis y estudios realizados con el fin de explorar o predecir el futuro en una determinada materia, el objetivo general del proyecto Prospéctica será aplicar las tecnologías informáticas con carácter prospectivo para enfrentarse a la influencia que las condiciones del entorno tienen en la aparición y prevalencia de ciertas enfermedades oncológicas, y el papel que desempeña el sistema inmunológico.
Sistema Ciberfísico para la Optimización de una Explotación Agropecuaria
- Juan Francisco Bermejo y José Luis González (CénitS-COMPUTAEX) y Félix R. Rodríguez (Escuela Politécnica de Cáceres, Universidad de Extremadura).
El desarrollo de la agricultura, comparada con otras áreas, se encuentra retrasado y avanza lentamente. Además, en los próximos años deberá enfrentarse al reto de abastecer a una población mundial en crecimiento al mismo tiempo que se disminuyen las hectáreas cultivables por persona. Esto implica que se debe aumentar considerablemente la productividad.
High-throughput search of dopants for efficient ferroelectric oxide based solar cells
- Jose Javier Plata Ramos. Universidad de Sevilla.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
Photovoltaics, PV, devices performance are based on 3 main features: a) efficient light absorption, b) effective charge separation and c) fast transport and charge extraction. Conventional solar cells are good light harvesters but are limited by the Shockley-Queisser limit because carriers are separated by the internal electric field at the p-n junction. Ferroelectric materials, on the other hand, present a spontaneous electric polarization, providing an alternative way to separate excited carriers. Ferrolectric oxide perovskites also present hindrances that should be overcome. Reducing the bandgap from 2-3 eV to 1.5 eV is the main goal, being doping or substitution of the A and B sites, the most common strategy. In this activity, we strive to use high-throughput techniques to tune the bandgap of ferroelectric oxides by doping.
DFT simulations on the study of the dielectric function of novel nanostructured materials
- Francesca Peiró. Universitat de Barcelona.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).
In the present work, the anisotropic electrical conductivity of GaInP CuPtB type ordered layers will be assessed by using in-situ biasing in a Transmission Electron Microscopy (TEM). The electrical conductivity of GaInP thin films with different degree of order (controlled by the amount of Sb flux during the growth) will be measured in the orthogonal [110] and [1-10] directions. The anisotropy will be evaluated as a function of the density of ordered domains and antiphase boundaries and the results will be discussed in the light of DFT simulations.
Análisis de datos genéticos, ambientales y de comportamiento para la predictibilidad de enfermedades oncológicas mediante ultrasecuenciación genética y aplicando paradigmas HPC, Cloud Computing, Big Data y Open Data
El objetivo principal del proyecto es crear un novedoso modelo de prestación de servicios que, a través de tecnologías de cloud computing, y con técnicas Big Data y Open Data, permita a especialistas en oncología aplicar medicina de precisión gracias a la ultrasecuenciación genética y a la supercomputación (HPC – High Performance Computing).
El cáncer abarca realmente un complejo grupo de enfermedades con una gran variedad de causas posibles, las cuales incluyen factores genéticos, factores del estilo de vida, como el tabaquismo (alteraciones epigenéticas crónicas inducidas por el humo del cigarrillo en oncogen), la alimentación, el ejercicio y la depresión, factores sobre ciertos tipos de infecciones como pueden ser las provocadas por el virus del papiloma humano (detrás del 10% de los cánceres de mujeres) y elicobacter Pylori, y factores relacionados con el entorno, como la exposición a ciertas sustancias químicas y radiaciones (por ejemplo, el radón, un gas natural que emana de las rocas, responsable entre el 3% y el 14% de las muertes por cáncer de pulmón, según la OMS).
Así, el análisis genético, se ha convertido en la prioridad y objetivo de diversos estudios e investigaciones para la determinación precoz de la enfermedad, el pronóstico y el tratamiento (siendo clave conocer el perfil molecular para la elección de la terapia más adecuada). Este análisis permite ofrecer un tratamiento más adecuado, al ser personalizado, y aumentar así la supervivencia. De este modo, se ha descubierto que alrededor de un 10-15 % de los cánceres (según el tipo) son causados por mutaciones germinales. La secuenciación permite, por tanto, no sólo el beneficio del propio paciente de la enfermedad, sino, por ejemplo, el del resto de miembros de su familia, mediante la toma de medidas preventivas.
The mechanism of the two-step spin-transition of a thiazyl-diradical-based material presenting geometrical frustration.
Juan Jose Novoa Vide. Facultat de Química. Universitat de Barcelona.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.
Recent years have witnessed a growing interest in the research of molecular materials that can be switched between two different states through the application of an external stimulus (e.g. heat, light) because these materials have a great potential for application in sensors, displays and in information technology. The main goal of this Activity is to understand the mechanisms underlying the two-step spin transition of a recently-prepared material made of bis-dithiadiazolyl diradicals and to decipher the origin of the geometrical frustration of one of its phases. Our results will provide useful insights on how to properly harness labile pi-pi interactions in stacks of diradicals in order to develop new diradical-based switchable materials.
Elucidación y estudios mecanísticos en reactividad orgánica y organometálica
- Jesús Díaz Álvarez. Laboratorio de Química Bioorgánica y Biofísica de Membranas. Universidad de Extremadura.
Los objetivos de los estudios computacionales que se pretenden llevar a cabo son los de apoyar, estudiar y prever la reactividad orgánica que se está realizando en el Laboratorio de Química Bioorgánica y Biofísica de Membranas de la Universidad de Extremadura.
Por un lado las reacciones multicomponentes para la síntesis de productos con potencial actividad biológica son objeto de este grupo de investigación desde hace unos años. Este proyecto ha reportado la publicación de bastantes artículos en los últimos años, existiendo un campo amplio aun por explorar. La exploración debe ser experimental pero una aproximación teórica puede ayudar a enfocar el problema, o a su vez a explicar los resultados experimentales obtenidos. Por ello en los últimos artículos científicos publicados siempre ha habido una parte importante dedicada a los cálculos computacionales realizados.
En segundo lugar y no menos importante, la incorporación de distintos metales de transición unidos a ligandos orgánicos hace variar la reactividad de manera muy dependiente del metal así como del ligando, lo que abre la puerta a química muy novedosa y de gran interés.
CultivData
Extremadura es reconocida como una región que aporta productos agrícolas y ganaderos de gran calidad. Además, los últimos años se han caracterizado por el notable esfuerzo que ha realizado la región para no perder la revolución tecnológica y así, las TIC se han incorporado a todos los ámbitos de la sociedad.
Tal vez el sector agropecuario haya sido de los de menor adopción de las nuevas técnicas, por lo que hay un gran recorrido para que la agricultura y la ganadería mejoren sus métodos tradicionales, sin que ello suponga una merma en la calidad que se reconoce internacionalmente a sus productos.
El proyecto CultivData pretende desarrollar e implementar herramientas que permitan mejorar no sólo la eficiencia, sino también la productividad, la sostenibilidad y la calidad del sector agropecuario extremeño.
La propuesta presenta una investigación de carácter transversal de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones, y su aplicación en la sociedad, que conlleva la interacción con áreas del conocimiento como la agricultura, la eficiencia en la utilización de los recursos naturales y la optimización de la calidad de los productos derivados de las explotaciones agrícolas.
SCINAP: Sistema Ciberfísico basado en la Inmótica, para su aplicación en agricultura de precisión
SCINAP es un proyecto de investigación industrial basado en la aplicación de Internet of Things (IOT) y del paradigma de Industria 4.0 en el vector tecnológico de Agricultura de precisión, para la generación de modelos que den respuesta a algunas de las principales cuestiones planteadas en la visión actual de la Política Agraria Comunitaria en materia de agricultura.
Estudio sobre la HemoDiálisis Progresiva en Pacientes Incidentes (DiPPI)
- Dr. Javier Deira Lorenzo. Servicio de Nefrología del Hospital San Pedro de Alcántara de Cáceres.
- Dr. Miguel Ángel Suarez Santisteban. Servicio de Nefrología del Hospital Virgen del Puerto de Plasencia.
- Fundación para la Formación e Investigación de los Profesionales de la Salud de Extremadura (FundeSalud),
- CénitS.
El objetivo principal del proyecto es evaluar la utilidad y seguridad de la hemodiálisis (HD) progresiva como modalidad de inicio del tratamiento renal sustitutivo (TRS). Para ello se compararan los resultados obtenidos en 76 pacientes que iniciarán TRS con una sola sesión por semana (HD progresiva), con otros 76 pacientes que inician TRS con tres veces por semana (HD convencional). Si se corroboran los resultados, se podrá mejorar la prescripción de la dosis de HD en los pacientes incidentes, mientras que estos mantienen su función renal residual (FRR). Ello mejoraría de forma significativa su calidad de vida, al evitarse un número considerable de desplazamientos, junto a un importante ahorro económico.
Análisis y Consultoría de proyecto OncoGenTIC: Tecnologías Informáticas y de las Comunicaciones al servicio asistencial de especialistas y pacientes de enfermedades oncológicas
- CénitS.
- CLOUDEX S.L.
El programa de Innovación y Talento (PIT), promovido por la Consejería de Educación y Empleo de la Junta de Extremadura, y destinado a la contratación de desempleados menores de 30 años, combina la formación de tecnólogos con las prácticas profesionales en empresas privadas. Así, su objetivo es facilitar la inserción laboral de jóvenes y potenciar las capacidades del talento de la región extremeña en las siguientes áreas estratégicas: agroalimentaria, tecnologías de la información y la comunicación (TIC), turismo, salud, energías limpias, investigación básica, humanidades y ciencias sociales, economía verde, economía circular y bioeconomía.
Analysis and Consultancy of the OncoGenTIC project: Information Technologies and Communications on the healthcare service of specialists and patients of oncological diseases
- CénitS.
- CLOUDEX S.L.
The Innovation and Talent Program (PIT), promoted by the Office of Education and Employment of the Junta of Extremadura, and aimed at hiring unemployed people under 30, combines the training of technologists with professional practices in private companies. Thus, its objective is to facilitate the job placement of young people and to enhance the skills of the Extremadura region’s talent in the following strategic areas: agro-food, information and communication technologies (ICT), tourism, health, clean energies, basic research, humanities and social sciences, green economy, circular economy and bioeconomy.
IoTAgro 4.0
El programa de Innovación y Talento (PIT), promovido por la Consejería de Educación y Empleo de la Junta de Extremadura, y destinado a la contratación de desempleados menores de 30 años, combina la formación de tecnólogos con las prácticas profesionales en empresas privadas. Así, su objetivo es facilitar la inserción laboral de jóvenes y potenciar las capacidades del talento de la región extremeña en las siguientes áreas estratégicas: agroalimentaria, tecnologías de la información y la comunicación (TIC), turismo, salud, energías limpias, investigación básica, humanidades y ciencias sociales, economía verde, economía circular y bioeconomía.
Atomistic Simulations to Investigate Phosphocholine Micelle Self-assembly and Degradation
- Christian Lorenz (I.P.). King’s College London.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.
A large number of small molecules currently under development as drug candidates are hydrophobic, and as a result many of these drugs may not make it to market because of problems encountered due to poor water solubility. The therapeutic effects of many drugs already on the market could also be enhanced by developing drug delivery vehicles which increase their solubility. This work is a multiscale analysis of the formation and degradation of self-assembling phospholipid micelles for their potential application in the delivery of these hydrophobic drug molecules by encapsulating them within the hydrophobic core of the micelle and then degrading to release the hydrophobic drugs at the target site.
Ab-initio simulation of the electronic and magnetic properties in iridate-based oxide heterostructures
- Juan Ignacio Beltrán (I.P.). Universidad Complutense de Madrid.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.
Oxide heterostructure (OH) with spin-orbit-coupling like SrIrO3/SrTiO3 have the potential to be designed as topological insulators, either band or Mott types. This roots on the properties exhibited by the iridates family of Ruddlesen-Proper series since the members with n=1,2,∞ are antiferromagnetic (AFM) Mott insulator, AFM band insulator and paramagnetic semimetal phases respectively. There is a number of works relating the RPS properties and thin film configurations of strain and oxygen vacancies which could provide an atomic engineering path towards topological phases and transitions, however the topic is still at its infancy. This project aims to tackle this issue using simulation techniques efficient of providing an experimentally realistic scenario of the quantum mechanisms such as the octahedral distortion and bandwidth in OH.
Efect of oxygen vacancies in bismut oxide Energy-Loss Near-Edge Structure spectra by ab initio simulations
- Francesca Peiró (I.P.), Javier Blanco Portals, Sonia Estrade Albiol and Catalina Coll Benejam. (Universitat de Barcelona).
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.
The present work summarizes the results of combining experimental Electron Energy Loss Spectroscopy measurements and Density Funtion Theory (DFT) simulations to detect and quantify oxygen vacancies in bismut oxide nanowires. The combination of experimental results and ab initio calculations give the possibility of understanding the optoelectronic properties of the sample and, since, one can control the percentage and the position of oxygen vacancies, it allows to analyze their effect. The theoretical calculations of the electronic structure were carried out using the linearized augmented plane wave (LAPW) method based on DFT, implemented on WIEN2k ab initio simulation package.
Grupo Operativo GAPTER (Ganadería de precisión para terneros, sostenibilidad y bienestar animal)
- Copreca, Set Informática, Comunicaciones, e Ingeniería, ADEVICE, CICYTEX (Centro de Investigaciones Científicas y Tecnológicas de Extremadura), Universidad de Sevilla Escuela Técnica Superior de Ingeniería (Telecomunicaciones) y Fundación COMPUTAEX.
Este grupo operativo se centra en la aplicación los sistemas PLF (Precision Livestock Farming) para la consecución de modelos de bienestar animal, a partir de la monitorización, en tiempo real, del comportamiento y respuesta de los animales, frente a nuevas formulaciones alimenticias y nutricionales que reducen la huella de carbono y el impacto ambiental de las explotaciones bobinas de carácter intensivo.
Grupo operativo APMEF (Agricultura de precisión aplicada para la mejora de explotaciones frutales).
- Grupo Fruvaygo Machuca, Set Informática, Comunicaciones, e Ingeniería, ADEVICE, Cellnex Telecom, Agrodrone, Tepro Consultores Agrícolas, CICYTEX (Centro de Investigaciones Científicas y Tecnológicas de Extremadura), Universidad de Sevilla Escuela Técnica Superior de Ingeniería (Telecomunicaciones) y Fundación COMPUTAEX.
Este grupo operativo tiene como objetivo la mejora y optimización de las explotaciones de frutales, mediante la aplicación de la agricultura de precisión, orientado a la aplicación de nuevas tecnologías en el manejo de nutrientes, del suelo y del cultivo para la consecución de nuevos modelos eficientes y sostenibles de producción de frutales.
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SCIoT: Sistemas Ciberfísicos enmarcados en IoT para aplicación en ganadería de precisión
- Set Informática, Comunicaciones, e Ingeniería y Fundación COMPUTAEX.
El objetivo principal de este proyecto se centra en la aplicación de los sistemas PLF (Precision Livestock Farming) para la consecución de modelos de bienestar animal, a partir de la investigación de nuevos sistemas ciberfísicos basados en el concepto de Internet de las Cosas (IoT) destinados a la monitorización, en tiempo real, del comportamiento y respuesta de los animales, en las explotaciones bovinas de carácter intensivo.
- COPRECA SDAD. COOP. (coordinator), Set Informática, Comunicaciones, and Ingeniería S.L., Heral Enología S.L, CICYTEX (Center for Scientific and Technological Research of Extremadura), University of Extremadura and the COMPUTAEX Foundation.
The general objective of the project is to determine the effects produced in ruminant animals, both in terms of their influence on the methane footprint, and in the repercussions on meat quality, animal welfare and production costs, due to the incorporation of polyphenols in their diets.
The RUMIMETA project focuses on the consideration that animal production is an important source of greenhouse gas (GHG) emissions throughout the world. Depending on the approach used for the quantification and the type of emissions studied, different institutions (IPCC, FAO, EPA and others) have calculated that the contribution of livestock to global emissions of anthropogenic GHGs represent between 7 and 18 percent of the total emissions.
From these works it has been possible to evaluate the potential of practices related to nutrition, the generation of manure and animal husbandry in the reduction of methane and nitrous oxide, that is, in GHG emissions other than carbon dioxide, in animal production.
RUMIMETA: Disminución de la huella de metano por inclusión de polifenoles vitivinícolas en la alimentación de rumiantes. Monitorización de su efecto en el bienestar de los animales durante el cebo de terneros.
- COPRECA SDAD. COOP. (coordinador), Set Informática, Comunicaciones, e Ingeniería S.L., Heral Enología S.L, CICYTEX (Centro de Investigaciones Científicas y Tecnológicas de Extremadura), Universidad de Extremadura y Fundación COMPUTAEX.
El objetivo general del proyecto es determinar los efectos producidos en animales rumiantes, tanto a nivel de su influencia en la huella de metano, como en las repercusiones en la calidad de la carne, bienestar animal y costes de producción, debido a la incorporación de polifenoles en las dietas de los mismos.
El enfoque del proyecto RUMIMETA, centra su atención en la consideración de que la producción animal es una fuente importante de emisión de gases de efecto invernadero (GEI) en todo el mundo. Dependiendo del enfoque utilizado para la cuantificación y del tipo de emisiones estudiadas, diferentes instituciones (IPCC, FAO, EPA y otras) han calculado que la contribución del ganado a las emisiones mundiales de los GEI antrapogénico representan entre el 7 y el 18 por ciento de las emisiones totales.
HERITAGEN: Next-Generation Sequencing and supercomputing for the unification of the genealogical and genetic heritage of Extremadura. Application to the study of hereditary diseases.
- José Luis González Sánchez (Principal Investigator). COMPUTAEX Foundation.
- Silvia Romero Chala. San Pedro de Alcántara Hospital.
- Jonathan Gómez Raja. FUNDESALUD (Foundation for Research and Training of Health Professionals of Extremadura).
- José Antonio García Trujillo. San Pedro de Alcántara Hospital.
- Felipe Lemus Prieto. COMPUTAEX Foundation.
- Alfonso López Rourich. COMPUTAEX Foundation.
It is estimated that approximately 1 in 200 births can be affected by the 6,000 known monogenic diseases. Establishing the pathogenicity of the mutations detected by means of NextGeneration Sequencing in the sequence of the genes involved will be of vital importance for the development of therapies in order to develop the Precision Medicine concept.
HeritaGen: Ultrasecuenciación y supercomputación para la unificación del patrimonio genealógico y genético extremeño. Aplicación al estudio de enfermedades hereditarias.
- José Luis González Sánchez (Investigador principal). Fundación COMPUTAEX.
- Silvia Romero Chala. Hospital San Pedro de Alcántara.
- Jonathan Gómez Raja. Fundesalud.
- José Antonio García Trujillo. Hospital San Pedro de Alcántara.
- Felipe Lemus Prieto. Fundación COMPUTAEX.
- Alfonso López Rourich. Fundación COMPUTAEX.
Se estima que aproximadamente 1 de cada 200 nacimientos pueden verse afectados por las 6.000 enfermedades monogénicas conocidas. Establecer la patogenicidad de las mutaciones detectadas mediante técnicas de secuenciación masiva o ultrasecuenciación (NGS, NextGeneration Sequencing) en la secuencia de los genes implicados será de vital importancia para el desarrollo de terapias enmarcadas en el concepto Precision Medicine.
- Investigador principal: Antonio Muñoz Mateo. Universidad de Barcelona.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.
Study of the generation and evolution of nonlinear excitations in two-component (pseudo-spin 1/2) 2D Bose-Einstein condensates of ultracold atomic gases. The project will be focused on the onset of the instabilities in stationary states that give place to the appearance of vortices and solitons.
The equations of motion of the coupled superfluids, in a mean field approximation, will be numerically solved by means of a massively parallel Trotter-Suzuki-MPI solver, with all computational details made available to the public to ensure easy reproduceability of the results.
Ab initio molecular dynamics of photovoltaic organic self-assembled monolayers adsorbed on metal surfaces
- Investigador principal: Sergio Diaz Tendero. Universidad Autónoma de Madrid.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.
Study of different properties of small carbon clusters, fullerenes, metal clusters and biomolecules. The main purpose is to understand the mechanism behind the collisions of these species with highly charged atomic ions and energetic photons.
In carbon clusters, the project is focused on properties such as the electronic structure, geometrical properties and stability. For that it uses usual quantum chemistry methods (coupled cluster and multireference methods) as well as Density Functional Theory (DFT).
Mechanisms of Molecular Motion in Polymers with Nonuniform Stiffness
- Jorge Ramírez García. Universidad Politécnica de Madrid.
Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.
Our understanding of the dynamics of flexible (Gaussian coil) polymer systems is relatively well developed. However, other advanced applications of polymers such as organic electronics and biomaterials usually combine flexible polymers with a diversity of semi-rigid and rigid polymer structures. In comparison with flexible polymers, extremely little is known about the dynamics of rigid macromolecules [1-2]. Many of these novel semiconducting and bio-functional polymers have very rigid chain topologies due to the presence of PI-conjugated orbitals or strong hydrogen bonded structures. The incorporation of these functionalities into polymers leads to macromolecules that contain both stiff, rod-like regions and flexible, Gaussian coil-like regions. Some examples of these type of novel materials include PEGylated proteins, block copolymer for LEDs and photovoltaics, drug delivery micelles, and hydrogels for tissue engineering. Understanding the processing, mechanics, and kinetics of self-assembly in these materials demands a fundamental understanding of the mechanisms of molecular motion in these hybrid rigid-flexible systems. Recent studies have focused mostly on the synthesis and thermodynamics of these materials.
Electronic and Thermoelectric Properties of doped-Cu3SbSe4 based compounds from First Principles
- Investigador principal: Pablo Palacios Clemente. Universidad Politécnica de Madrid. Departamento de Física Aplicada a las Tecnologías Aeronáutica y Naval.
Thermoelectric (TE) materials, which can directly convert hear into electricity or viceversa are attracting much attention due to their potential applications not only in the energy conversion industry but also in providing power for electronics. The performance of a TE material is usually evaluated through the dimensionless figure of merit (ZT): ZT = (S**2aT)/k (1) where S is the Seebeck coefficient, a is the electrical conductivity, T is the absolute temperature, k is the thermal conductivity and S2a is the so-called power factor (PF). The thermal conductivity k is defined as: k=ke+kl (2) where ke and kl represent the electronic and the lattice components of the thermal conductivity, respectively. Nowadays, only those materials with ZT values amounting to around 1.0 or above are considered to be efficient TE materials. The most efficient way to improve TE performance should increase the Seebeck coefficient and the electrical conductivity (i.e., the power factor should be maximized), while the thermal conductivity k should be minimized. However, these properties are strongly coupled. As matter of fact, the increase in electrical conductivity by increasing carrier concentration results in lower Seebeck coefficient. These problems are appealing the use of theoretical methods for exploring TE materials with improve performance. Among copper based chalcogenide semiconductors, Cu3SbSe4 shows excellent electrical transport properties and relatively low thermal conductivity. Near of the bandgap region, the valence band is mainly due to the hybridization between Cu-3d and Se-4p states, while the conduction band is formed by the hybridization between Sb-5s and Se-4p states. In this configuration, the Cu-Se bonds network plays as the hole conduction path. Therefore, the substitution of Sb atoms could be a reasonable strategy to fine tune the TE properties by adjusting the carrier concentration and minimizing the adverse effects on the hole mobility.
Simulaciones moleculares de docking (acoplamiento molecular) para buscar potenciales inhibidores de diferentes virus
- Vicente Galiano (IP), José Villalaín, Emmanuel Fajardo. Departamento de Física y Arquitectura de Computadores. Universidad Miguel Hernández de Elche.
Entre los patógenos que causan las mayores tasas de mortalidad y morbilidad en los seres humanos y los animales podemos nombrar los virus. Sin embargo, en la gran mayoría de los casos, no hay vacunas o tratamientos terapéuticos eficaces. A la familia Flaviviridae de virus pertenecen una serie de patógenos humanos de gran relevancia médica. Virus como el virus de la hepatitis C, el virus de la fiebre amarilla, el virus West Nile, el virus de la encefalitis transmitida por garrapatas, el zika y el dengue pertenecen a esta familia. El dengue (DENV), así como el zika (ZIKV), causan las enfermedades virales transmitidas por artrópodos más frecuentes entre los seres humanos, afectando a millones de personas al año. Estas enfermedades han evolucionado en los últimos tiempos desde una ocurrencia esporádica a un gran problema de salud pública de orden mundial. Es significativo que todos los procesos inherentes al ciclo de replicación viral están directa o indirectamente relacionados con sistemas de membrana o membranas derivadas de ellas. Todo aquello que pueda interferir con cualquiera de estos procesos sería potencialmente útil para que el virus o bien no puede entrar o bien no pueda salir de la célula. Nuestro grupo tiene como objetivo estudiar la estructura y la interacción con diferentes tipos de sistemas modelo de biomembrana de varios dominios de péptidos derivados de las proteínas estructurales y no estructurales de los virus DENV y ZIKV. A partir del conocimiento experimental que tenemos sobre las proteínas estructurales y no estructurales del DENV, nuestros objetivos son el estudio in silico de la dinámica molecular de los péptidos seleccionados de DENV y ZIKV interactuantes con sistemas modelo de iomembranas, la obtención de información exhaustiva sobre su estructura y su interacción específica con los lípidos, la determinación mediante in silico screening y peptide docking con el fin de obtener péptidos antivirales y moléculas bioactivas contra aquellas estructuras obtenidas anteriormente, y en su caso probarlas in vitro para comprobar su efectividad utilizando diferentes composiciones de biomembranas modelo. Todo esto permitirá el desarrollo de nuevos compuestos útiles para la mejora de las terapias combinadas con el fin de lograr el objetivo final, la erradicación de las infecciones virales producidas por DENV y ZIKV.
Activación molecular mediante complejos organometálicos con enlaces múltiples heterometálicos
Miguel Angel Ruiz Alvarez (IP), Daniel García-Vivó, Mª Esther García Díaz, Mª Angeles Alvarez Fidalgo. Area de Química Inorgánica, Universidad de Oviedo.
El objetivo general de la presente investigación es sintetizar nuevos complejos con enlaces múltiples heterometálicos y estudiar su reactividad en un sentido amplio, poniendo especial atención en los procesos generales de activación de moléculas sencillas y su posible utilidad en campos más aplicados como la catálisis. Se parte de la hipótesis, contrastada en distintos estudios experimentales previos, de que los compuestos con enlaces múltiples heterometálicos pueden mostrar una reactividad superior a la de sus homólogos homometálicos, debido a la polaridad intrínseca del enlace heteronuclear. En particular, y aprovechando la gran experiencia del grupo investigador en el área de los compuestos carbonílicos homobinucleares de los elementos de transición, se abordará la síntesis de nuevos compuestos carbonílicos y ciclopentadienílicos con enlaces múltiples entre átomos metálicos diferentes, principalmente de los grupos 6 a 8, estabilizados mediante ligandos puente de tipo fosfuro (PR2) o fosfinideno (PR), que adicionalmente pueden contener, o no, ligandos hidruro puente. En una fase posterior se estudiará la reactividad general de estos complejos frente a moléculas orgánicas e inorgánicas sencillas, y frente a otros complejos metálicos, y también se analizará su actividad en relación con algunos procesos de interés más aplicado, tales como procesos de hidrogenación, activación de óxidos de nitrógeno y del fósforo elemental.
Flow-induced anisotropy in metallic glasses
- Daniel Crespo. Departamento de Física, Universidad Politécnica de Catalunya.
- Eloi Pineda. Departamento de Física, Universidad Politécnica de Catalunya.
- Jorge E. Velasco. Departamento de Física, Universidad Politécnica de Catalunya.
- Amadeu Concustell. Centro de proyección térmica, Universidad de Barcelona
Se denominan vidrios metálicos a los materiales amorfos compuestos mayoritariamente por elementos metálicos. Los vidrios metálicos fueron descubiertos en 1960, y desde entonces han sido objeto de gran interés científico a causa de sus peculiares propiedades. La falta de estructura cristalina permite obtener materiales con resistencia mecánica superior a aleaciones cristalinas de composición similar, y también se han obtenidos excelentes aleaciones magnéticas blandas, que se utilizan en transformadores de muy bajas perdidas.
Los vidrios metálicos se producen por enfriamiento rápido, de forma similar a los vidrios tradicionales basados en óxido de Silicio. Durante el enfriamiento la viscosidad del líquido aumenta varios ordenes de magnitud, y cuando la viscosidad supera un valor crítico el líquido sobreenfriado queda cinemáticamente “congelado”. Es decir, el material conserva la estructura atómica del líquido del que procede. Este proceso se conoce como transición vítrea, y es uno de los problemas abiertos en la investigación de la física de materiales. Se trata de un problema complejo de mecánica estadística no estacionaria, y por este motivo la simulación numérica mediante Dinámica Molecular es una técnica muy valiosa en su estudio, complementando la información experimental.
Ultrasecuenciación genética mediante técnicas de supercomputación
Este proyecto, asistencial y de investigación, está siendo desarrollado por el Servicio de Inmunología y Genética Molecular del Hospital San Pedro de Alcántara de Cáceres (Servicio Extremeño de Salud) en colaboración con investigadores de la Fundación COMPUTAEX. Las nuevas técnicas de secuenciación masiva de ADN, cuyo uso se está imponiendo en el ámbito de la genética y la bioinformática, permiten secuenciar el genoma de un ser humano con una reducción en términos de tiempo y coste económico cada vez mayor. Por ello, se hace necesaria la utilización de supercomputadores como LUSITANIA, que además de procesar la ingente cantidad de datos generada, para poder estudiar la información contenida en el ADN, permite simular rasgos complejos de genes, estructuras subatómicas y tridimensionales, así como aminoácidos de las proteínas.
Efectos estereoelectrónicos y del disolvente en las conformaciones de heterociclos saturados de 5 y 6 miembros
- Juan Manuel Garrido, Universidad de Extremadura
Algunos derivados de las 2-amino-2-desoxialdosas se presentan mayoritariamente bajo la forma anomérica α (hidroxilo anomérico axial), lo cual tiene fácil explicación invocando el efecto anomérico que favorecería el predominio de compuestos con el hidroxilo anomérico axial frente a las disposiciones ecuatoriales que los motivos estéricos deberían favorecer.
Análisis clínico, inmunológico y genético del déficit selectivo de IGA. Estudio longitudinal de los pacientes acumulados en un centro de referencia durante los últimos 18 años
El déficit selectivo de IgA es la inmunodeficiencia primaria más frecuente en nuestro medio. Su etiopatogenia es muy compleja y poco comprendida. Aunque presenta agregación familiar un un modelo de herencia mendeliano, sus causas genéticas todavía no se han encontrado. Hasta la fecha no se han utilizado plataformas de secuenciación masiva que analicen el exoma completo o arrays de CGH de alta resolución (de 1 millón de sondas) para el estudio de las variantes en el número de copias genéticas. La hipótesis residió en que estos análisis podrían desentrañar las alteraciones genéticas implicadas en la enfermedad.
Estudio computacional de la reactividad de los compuestos orgánicos
- Pedro Cintas Moreno, Martín Ávalos González, Reyes Babiano Caballero, David Cantillo Nieves, José Luis Jiménez Requejo, Rafael Fernando Martínez Vázquez, Juan Carlos Palacios Albarrán y Esther Matamoros Castellano. Grupo QUOREX. Universidad de Extremadura.
El grupo de investigación QUOREX de Química Orgánica, catalogado tanto en la Universidad de Extremadura como en la Junta de Extremadura (FQM-007), está integrado por docentes e investigadores cuyas líneas de trabajo se encuentran financiadas a través de proyectos nacionales (Ministerio de Ciencia e Innovación) y regionales (Consejería de Economía, Comercio e Innovación).
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Estirpex-2
El proyecto Estirpex supuso el despliegue de software libre en la infraestructura de LUSITANIA, para procesar la secuencia genética de determinados exomas, almacenar la información generada y filtrar y visualizar los resultados obtenidos; pero también, la apertura de una serie de líneas de trabajo destinadas a la optimización de los procesos de obtención de información de alto nivel, relacionada con los estudios de secuenciación masiva realizados.
PedigreeX: Gestión Automatizada de Pedigrís Humanos en Consejo Genético
- Noelia Alonso Sánchez, CénitS-COMPUTAEX. Trabajo Final de Máster en Ingeniería Informática, Universidad de Extremadura.
El Consejo Genético es una de las actividades propias de la Genética Clínica y consiste en un proceso comunicativo para informar, educar y dar soporte a individuos y familias que tienen una enfermedad genética o el riesgo de tenerla. El Consejo Genético les brinda a los pacientes información acerca de su enfermedad y les ayuda a tomar decisiones informadas. Un aspecto fundamental en dicho Consejo Genético es la generación y análisis del Pedigrí del paciente afecto, pero la carencia de una herramienta automatizada para ello complica la labor del especialista. Tras identificar las necesidades de los propios genetistas de nuestra región se han analizado diferentes herramientas, ya desarrolladas, para trabajar con Pedigrís tanto de carácter privativo como libre (Cyrillic, Progeny Clinical, GRAMPS, Madeline 2.0 PDE, GenoPro, PED, PELICAN, etc.), y ninguna de ellas integra totalmente las necesidades de los especialistas.
Propuesta y análisis de viabilidad de un sistema automatizado de diagnóstico e investigación aplicado a la tecnología de ultra-secuenciación genética en un centro de supercomputación
- Manuel Alfonso López Rourich. Trabajo Final de Máster universitario en investigación, Universidad de Extremadura.
Dentro de toda la gama de experimentos de secuenciación genética que la tecnología actual permite llevar a cabo, el más utilizado por los genetistas es el de resecuenciación genética. Es en sus dos últimas fases donde la bioinformática puede ser de gran ayuda, ya que se requiere la correcta orquestación de una serie de elementos software para la obtención de información genética de alto nivel, que sea útil para el diagnóstico e investigación de enfermedades cuyo origen es genético.
Desarrollo de nuevas reacciones multicomponentes de isonitrilos
- Carlos Fernández Marcos. Departamento de Química Orgánica e Inorgánica de la Universidad de Extremadura.
Dada la gran demanda actual de productos con finalidades biomédicas, la síntesis de compuestos bioactivos supone un reto para la investigación en química orgánica y química médica. En nuestro grupo estamos interesados en el desarrollo de nuevas reacciones multicomponente de isonitrilos (RMCI) para la síntesis de compuestos de interés biológico.
Propuesta y análisis de viabilidad de un servicio asistencial para la disposición de ultra-secuenciación genética en un centro de supercomputación
- Manuel Alfonso López Rourich, CénitS-COMPUTAEX. Trabajo Final de Máster en Dirección TIC.
Este trabajo surge del proyecto de la Fundación COMPUTAEX “Ultrasecuenciación genética mediante técnicas de supercomputación con LUSITANIA”, en donde se procesan secuencias genéticas procedentes de pacientes de la región para estudiar enfermedades hereditarias y desarrollar tratamientos médicos personalizados.
La motivación para el desarrollo del Trabajo vino dada principalmente por la capacidad de aportar valor (en forma de servicios) a ciertos sectores de la región de Extremadura, gracias al desarrollo de las tecnologías de secuenciación de siguiente generación (NGS), y con el apoyo de infraestructuras de supercomputación dadas por el supercomputador LUSITANIA.
Estudio cinético de reacciones poliatómicas mediante el método RPMD
- Joaquín Espinosa García. Universidad de Extremadura.
La cinética química estudia los cambios que se producen en un sistema reactivo con la concentración y el tiempo, lo que nos ayudará en la comprensión de su mecanismo de reacción.
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Estirpex
Los avances en investigación en el ámbito sanitario han sido siempre uno de los principales retos de la humanidad. Uno de los hallazgos más importantes ha sido determinar que el estudio de la secuencia de ADN permite conocer los procesos biológicos fundamentales del organismo y su funcionamiento. Hasta hace escasos años, secuenciar el ADN tenía un elevado coste económico y temporal. Ante estos problemas, surgen las tecnologías NGS, y con ellas un nuevo paradigma de secuenciación genética que permite la secuenciación del genoma o de secciones de éste a gran escala, con una importante disminución del tiempo y del coste del proceso.
Sulfur Dioxide Capture by Ionic Liquids from a molecular point of view: A Density Functional Theory Study
- Santiago Aparicio. Departamente de Química de la Universidad de Burgos.
Air pollution is attracting an increasing attention through-out the world. SO2, mainly emitted from fossil-fuel combustion, is one of the main air pollutants. Besides, SO2 is also an important and useful source for many intermediates in chemical synthesis. Thus, to develop efficient techniques to control the emissions of SO2 would have a pivotal role for the use of fossil fuels from an environmental point of view. Nowadays, the most effective methods to control SO2 emissions from fossil fuel combustion are based on flue gas desulphurization (FGD) using several technologies such as water scrubbing, metal ion solution, catalytic oxidation, activated carbon adsorption, wet lime or limestone scrubbing, double alkali process, ammonia scrubbing, NH3 gas injection, and organic solvent absorption.
Unidad Interactiva 3D
- Dr. Jesús Usón Gargallo – Coordinador de proyecto.
- Personal de las Unidades de Laparoscopia, Microcirugía, Terapia Celular, etc.
- Mario Suárez – Especialista en Diseño y Animación 3D.
- Daniel Peguero – Especialista en Software.
- Pablo García Tres Palacios – Profesional de Marketing.
El proyecto contempla la creación de una unidad especializada en aplicaciones multimedia dirigida a un mercado constituido por los profesionales sanitarios que se forman en el CCMIJU, así como usuarios y pacientes que puedan ser objeto de las técnicas que se describen y miembros de la sociedad en general, que tengan interés en conocer de una forma sencilla el procedimiento a seguir en el tratamiento intervencionista en una patología dada.
- Eloísa González Lavado. Departamento de Ingeniería Química y Química Fisica (GCYDEX) de la Universidad de Extremadura.
- Construcción de superficies de energía potencial en sistemas poliatómicos basada en cálculos ab initio de alto nivel.
- Programas escritos en lenguaje FORTRAN.
Estudio teórico de la fotofísica y fotoquímica de complejos cromóforo-ciclodextrina y cromóforo-proteínas PYP y GFP
- Manuel Ángel Aguilar Espinosa
- Francisco Javier Olivares del Valle
- José Carlos Corchado Martín-Romo
- María Luz Sánchez Mendoza
- María Elena Martín Navarro
- Ignacio Fernández Galván
- Aurora Muñoz Losa
- Francisco Fernández García-Prieto
- Rute Maria Barata Morgado
- Samuel Frutos Puerto
Nuevas sustancias gelificantes derivadas de monosacáridos e hidrazidas derivadas de diácidos
- Pedro Cintas Moreno. Grupo de investigación «Química Orgánica» (QUOREX). Departamento de Química Orgánica e Inorgánica de la Universidad de Extremadura.
- Ana María Sánchez León. Grupo de investigación «Química Orgánica» (QUOREX). Departamento de Química Orgánica e Inorgánica de la Universidad de Extremadura.
En este proyecto de investigación se pretende sintetizar moléculas anfífilas y bolaanfífilas de distinta geometría, fundamentalmente por reacción de aldosas con moléculas que posean las funcionalidades apropiadas; en este caso, hidrazidas derivadas de diácidos.
De la estructura de las nuevas moléculas y de la naturaleza de los fragmentos que la compongan dependerán las propiedades que van a exhibir. Estas propiedades, además de la capacidad de gelificación (hidrogeles y organogeles), pueden estar relacionadas con la capacidad de generar diversos ensamblajes moleculares a través de puentes de hidrógeno (entre restos polihidroxílicos, etc.), coordinación con iones metálicos o cationes orgánicos (por ejemplo, grupos amonio), relaciones huésped-hospedador, etc., respuesta a diversos estímulos (fotoquímicos, térmicos, electroquímicos, etc.), reconocimiento molecular de moléculas pequeñas y materiales con propiedades especiales, tales como paramagnéticos (portando radicales libres estables), sensores quimioluminiscentes y restos organometálicos.
Quantum Chemistry and Molecular Modeling
- Francisco J. Olivares del Valle. Grupo de investigación Quantum Chemistry And Molecular Modelling de la Universidad de Extremadura.
- Estudio cuántico de las interacciones moleculares, fenómenos y procesos reactivos y no reactivos en fase condensada, tránsitos electrónicos y espectroscopía molecular, procesos de interés biofísico y bioquímico.
- Modelización y simulación molecular.
- Angel-Carlos Román. Instituto Cajal – CSIC. Departamento Systems Circuits Group.
- Detección computacional de regiones genómicas con patrones complejos en su cromatina asociada.
- Análisis de su conservación (secuencia y vecindad) intra- e inter-especies.
- Análisis biológico de su función usando modelos transgénicos in vivo.
Electromagnetic scattering from canonical and complicated objects
- Levent Gürel. Director, Computational Electromagnetics Research Center (BiLCEM)
Fast and accurate solutions of electromagnetics problems are extremely important for realistic simulations of electromagnetic interactions between devices and their environments including living and no nliving objects.
Examples to real-life electromagnetics problems are radiation from antennas and their adverse effects on human health, indoor and outdoor propagation, optimizations of wireless systems, visualization via lens systems for microscopy, transmission through photonic crystals and metamaterials, detection with radar systems, light scattering from red blood cells to diagnose various diseases, and electromagnetic compatibility of novel electronic devices, to name a few.
Recently, we developed very efficient parallel implementations of the multilevel fast multipole algorithm (MLFMA) using novel parallelization strategies for high-performance computers. The developed implementations can be employed to a variety of problems in the aforementioned areas involving metallic and dielectric three-dimensional structures discretized with hundreds of millions of unknowns.
- José Carlos Corchado Martín-Romo del departamento de Ingeniería Química y Química Física de la Universidad de Extremadura.
- Desarrollar metodologías para la simulación de procesos de reactividad química en fase gaseosa y en disolución.
- Estudio de propiedades fisico-químicas de moléculas en fase líquida, gaseosa o en disolución.
Aplicación al estudio de reacciones de interés atmosférico o biológico en fase gaseosa o condensada mediante la aplicación de metodologías cinéticas (teorías del estado de transición) y dinámicas (cálculos de trayectorias clásicas, cuasiclásicas o cuánticas, cálculos de dinámica molecular).
El grupo de investigación QCAMM (Quantum Chemistry And Molecular Modelling) del Departamento de Ingeniería Química y Física de la Universidad de Extremadura está compuesto por los siguientes investigadores:
- Francisco Javier Olivares del Valle (Coordinador del grupo)
- Manuel Ángel Aguilar Espinosa
- José Carlos Corchado Martín-Romo
- María Luz Sánchez Mendoza
- María Elena Martín Navarro
- Ignacio Fernández Galván
- Aurora Muñoz Losa
- Francisco Fernández García-Prieto
- El principal objetivo del proyecto es el estudio teórico de la espectroscopia y evolución temporal de estados excitados. Más específicamente se pretende desarrollar un tratamiento teórico unificado que permita clarificar el papel que representa el disolvente en la desexcitación de estados excitados. Desde el punto de vista práctico se pretende abordar problemas de gran interés como son la explicación y predicción de los espectros de emisión (fluorescencia y fosforescencia) de moléculas en disolución o el efecto del disolvente sobre procesos fotoquímicos en moléculas de interés biológico: retinal, GFP, etc.
Simulación de Procesos Químicos
- Santiago Tolosa Arroyo del Departamento de Ingeniería Química y Química Física de la Universidad de Extremadura
- Se realiza la simulación de sistemas y procesos químicos de interés químico, biológico e industrial haciendo uso de mecánica molecular para su estudio tanto en fase gas como en disolución.
Utilización de potenciales ab initio y de simulación con dinámica molecular. Construcción de curvas de energía libre.
IFMIF-EVEDA España
- Fernando Mota García. Laboratorio Nacional de Fusión. CIEMAT.
- Ángela García Sanz. Laboratorio Nacional de Fusión. CIEMAT.
- Diseño y desarrollo del prototipo del acelerador de IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility) llamado IFMIF-EVEDA (construyéndose en Rokkaso – Japón).
- Desarrollo del diseño de la instalación IFMIF.
- Colaboración en los desarrollos de los módulos del Test Cell (área de irradiación) y en el desarrollo de todo el sistema de Remote Handling.
- José Mª Gómez Ros. CIEMAT.
- Consolider TECNO_FUS propone el lanzamiento de un nuevo Programa de Tecnología de Fusión en España. TECNO_FUS es un programa orientado que integra interactivamente áreas clave de la tecnología de fusión. Las actividades se articulan alrededor del desarrollo de un concepto de envoltura regeneradora y sus sistemas auxiliares «de planta».
- Atendiendo a sus requisitos funcionales como componente: integridad estructural, blindaje de la radiación, eficiencia en la extracción de potencia y garantías de regeneración de combustible; la envoltura regeneradora es probablemente el componente más complejo desarrollado hoy por la tecnología energética. Los sistemas envoltura son clave en reactores de producción de potencia por fusión y sus desarrollos cruciales en el camino de la fusión hacia la producción energética masiva. La propuesta Consolider TECNO_FUS responde al objetivo estratégico del programa de fusión español de alcanzar capacidades de diseño de un reactor de potencia (DEMO) en la próxima década.
QUOREX
- Pedro Cintas Moreno (Coordinador), Martín Ávalos González, Reyes Babiano Caballero, José Luis Jiménez Requejo, Rafael Fernando Martínez Vázquez, Juan Carlos Palacios Albarrán, Abraham Rodríguez Cano. Investigadores del Grupo QUOREX. Universidad de Extremadura.
El grupo de investigación QUOREX de Química Orgánica, catalogado tanto en la Universidad de Extremadura como en la Junta de Extremadura (FQM-007), está integrado por docentes e investigadores cuyas líneas de trabajo se encuentran financiadas a través de proyectos nacionales (Ministerio de Ciencia e Innovación) y regionales (Consejería de Economía, Comercio e Innovación).
Dinámica fuera del equilibrio del modelo de Heisenberg tridimensional en presencia de un campo magnético
- Juan Jesús Ruiz Lorenzo del Departamento de Física de la Universidad de Extremadura.
- Antonio Gordillo Guerrero del departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática de la Universidad de Extremadura.
- Simular el modelo de Heisenberg spin glass en tres dimensiones en presencia de campo magnético externo.
- Intentar reproducir los importantes resultados experimentales de memoria y rejuvenecimiento (grupo de P. Nordblad et al.).
- Caracterizar mediante métodos de dinámica fuera del equilibrio la existencia de transición de fase en presencia de campo magnético.
Cálculo de la corriente de bootstrap en el Stellarator TJ-II
- José Luis Velasco Garasa del Laboratorio Nacional de Fusión del CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas)
- El objetivo es calcular el perfil radial de la corriente de boostrap en el stellarator TJ-II. Ésta es una corriente neoclásica, paralela al campo magnético, que aparece en todos los dispositivos de confinamiento magnético de plasmas. Se forma debido a la combinación de dos efectos: atrapamiento de partículas debido a la variación en la fuerza del campo magnético y gradientes radiales de temperatura y/o densidad.
- El control de la corriente de bootstrap podría dar lugar a la posibilidad de operación contínua en los dispositivos tokamaks. Por otra parte, en stellarators, permite un mejor control de la transformada rotacional y, por tanto, el acceso a regímenes de transporte mejorado.
- El cálculo preciso de la bootstrap es un desafío numérico. Para ello, la Universidad Técnica de Graz (TU Graz, Austria) ha creado el nuevo código NEO-MC. Este código hará posible, por primera vez, el cáculo de la corriente de bootstrap en el stellarator TJ-II, sito en Madrid.
GCYDEX. Superficies de energía potencial en sistemas poliatómicos. Estudios cinéticos y dinámicos teóricos
- Joaquín Espinosa García (IP, UEx).
- José C. Corchado Martín-Romo (UEx).
- Cipriano Rangel Delgado (UEx).
- Manuel Monge Palacios (UEx).
- Juan de la C. García Bernáldez (UEx).
- Alberto Cabello Sánchez (UEx).
- José L. Bravo Trinidad (UEx).
Nuestro campo de investigación se centra en el estudio cinético y dinámico teórico de sistemas poliatómicos en fase gaseosa, basado en el conocimiento de las superficies de energía potencial (SEP). Un reto importante en esta investigación es la evolución desde los bien estudiados sistemas átomo+diátomo a los sistemas poliatómicos.Este proyecto se desarrolla dentro del grupo de investigación GCYDEX (Grupo de Cinética y Dinámica de la Universidad de Extremadura).Las superficies de energía potencial desempeñan un papel central en la completa descripción de un sistema reactivo. Las SEP se construyen como formas funcionales describiendo los modos de tensión, flexión y torsión, y se ajustan a cálculos ab initio de estructura electrónica de alto nivel.Basados sobre estas SEP, la información cinética se obtiene usando la Teoría Variacional del Estado de Transición (VTST) con inclusión del efecto túnel mecanocuántico; mientras que la información dinámica se obtiene usando cálculos de trayectorias cuasi-clásicas (QCT).Las áreas de aplicación incluyen química de combustión y atmosférica, así como catálisis y bioquímica.
Simulaciones girocinéticas globales de plasmas de fusión con EUTERPE
- Edilberto Sánchez González.
- Francisco Castejón Magaña.
- Iván Calvo Rubio.
- Pertenecientes a la Unidad de Teoría del Laboratorio Nacional de Fusión del CIEMAT.
La actividad se centra en la simulación detallada de turbulencia en plasmas. Se enmarca dentro de dos proyectos financiados por el Ministerio de Ciencia e Innovación, dedicados al desarrollo de métodos cinéticos para el estudio de plasmas confinados magnéticamente, y a la investigación de la influencia de los flujos globales y su topología en el transporte de plasmas turbulentos, respectivamente.
- Juan Ignacio Lagares perteneciente a la Unidad de Aplicaciones Médicas del CIEMAT.
- Francisco Sánchez Doblado y María Teresa Romero Expósito, del Departamente de Fisiología Médica y Biofísica/Servicio de Radiofísica de la Facultad de Medicina de la Universidad de Sevilla.
- Financiado por el Consejo de Seguridad Nuclear.
- El objeto del proyecto es la utilización de un dispositivo digital, que se sitúa en la sala de irradiación, capaz de evaluar la contribución neutrónica a las dosis equivalentes recibidas en distintos órganos del paciente durante el tratamiento. Esto permitirá, de forma operativa, la valoración del riesgo radiológico asociado a la presencia de neutrones. Este nuevo dato permitirá una mejor elección de la estrategia terapéutica, entre las posibles, para lograr disminuir la probabilidad de adquirir una nueva neoplasia por radioinducción.
- Se ha diseñado un fantoma antropomórfico que está permitiendo obtener un conjunto de medidas en el paciente, dentro de un amplio margen de incertidumbre, al hacerle incidir haces geométricos simples y diversos tipos de tratamientos completos. El uso de maniquís de diferentes tamaños permitirá la valoración en niños y adultos. Estos experimentos cubrirán la mayoría de las situaciones clínicas comunes en los aceleradores de diversos fabricantes con energías comprendidas entre 15 y 23 MV. También se contempla la geometría de la sala de tratamiento, en términos del tamaño del bunker.
- El estudio dosimetrico con diferentes detectores y su correlación con las medidas del dispositivo digital permitirá lograr los objetivo del proyecto. Dadas las particularidad de la dosimetría de neutrones, el estudio de los espectros neutrónicos con simulaciones Monte Carlo es fundamental para establecer correctamente las respuestas dosimetricas de los diferentes detectores y dar coherencia al grupo de medidas.
- En resumen, el resultado esperado de este proyecto de toma de medidas de dosis neutrónicas en pacientes sometidos a radioterapia es lograr la selección óptima de las estrategias de tratamiento que reduzcan el riesgo de la radioinducción.
Solución de problemas electromagnéticos de grandes dimensiones
- Luis Landesa y José Manuel Taboada del Departamento de Tecnología de los Computadores y de las Comunicaciones de la Universidad de Extremadura.
- Evaluar los límites del supercomputador Lusitania para la solución de grandes problemas electromagnéticos.
- Concluir nuevas metodologías que se adapten mejor a la arquitectura de Lusitania.
- Realización de, al menos, las fases previas de un nuevo reto mundial en computación electromagnética con 1.000 millones de incógnitas.
- Explotación de resultados.
- Problemas electromagnéticos relacionados con los nuevos sistemas de seguridad en automoción.
- Estudios de compatibilidad electromagnética, interferencia electromagnética, niveles de radiación, predicción de sección radar, imágenes radar, todos ellos de gran interés en el diseño de todo tipo de vehículos y plataformas complejas.
- Otras aplicaciones incluyen el estudio de los efectos de las radiaciones electromagnéticas en el cuerpo humano, radares de penetración, estudios avanzados en nuevos materiales y metamateriales, etc.