El Premio Especial 2021 ACM Gordon Bell por Computación de Alto Rendimiento se otorgó a un equipo de seis miembros de Japón por una nueva metodología de simulación de aerosoles que estudia cómo el COVID-19 podría propagarse de persona a persona a través de gotas aerosolizadas.
En abril de 2020, en respuesta a la propagación mundial de COVID-19, el gobierno japonés puso a disposición de los científicos que trabajan para combatir la epidemia de Fugaku, la supercomputadora más rápida del mundo. Sobre la base del software de modelado de partículas industriales existente, el equipo de investigación japonés, Kazuto Ando, Rahul Bale, Chunggang Li, Satoshi Matsuoka, Keiji Onishi y Makoto Tsubokura, todos afiliados al Centro RIKEN de Ciencias Computacionales, emplearon a Fugaku para realizar una serie de simulaciones de cómo el COVID-19 podría propagarse de persona a persona a través de gotitas en aerosol.
Su metodología permitió que las simulaciones escalaran masivamente con la alta resolución requerida para partículas de aerosol que contienen virus micrométricos, al tiempo que lograron un tiempo de solución extremadamente rápido. Estas simulaciones incluyeron escenarios del mundo real de áreas públicas como aulas, salas de conciertos, restaurantes, trenes de cercanías y aeropuertos.
En el artículo Transformación digital de la evaluación de riesgos de infección por gotitas / aerosoles realizada en «Fugaku» para la lucha contra el COVID-19, el equipo afirma:
Nuestro trabajo se puede resumir mejor en contribuir a la mitigación de la transmisión COVID-19 utilizando supercomputadoras desde tres puntos de vista: el rendimiento, en toda esa escalabilidad y eficiencia de la máquina, así como la velocidad de orden de magnitud en la generación de doble digital. enlaces, tecnología, ya que estos son el resultado del nuevo método CFD combinado con el diseño enfocado en la aplicación HPC de Fugaku / A64FX, y el impacto científico y social en lograr la simulación epidemiológica transformacional de gotitas / aerosoles y tuvo un impacto en el comportamiento del toda la sociedad japonesa para reducir la pandemia de COVID-19.
Esta es la segunda vez que se otorga un Premio Especial ACM Gordon Bell para reconocer los logros de investigación sobresalientes para comprender la pandemia de COVID-19 mediante el uso de computación de alto rendimiento. El premio de 2020 fue para un equipo dirigido por el químico computacional Rommie Amero de la Universidad de California en San Diego y Arvind Ramanathan, biólogo computacional del Laboratorio Nacional Argonne por su trabajo en el modelado de un virus SARS-CoV-2 completamente atómico y una proteína de pico de virus. para comprender cómo se comporta y cómo accede a las células humanas. Descrito como una empresa única en su tipo, el equipo creó un flujo de trabajo basado en inteligencia artificial (IA) para simular de manera más eficiente el pico y escalar el flujo de trabajo en la supercomputadora Summit en Oak Ridge National. Laboratorio para obtener una comprensión más profunda de los mecanismos del pico y acelerar la búsqueda de terapias o vacunas que puedan funcionar para mitigar el virus.
Ahora Amaro, junto con un equipo de 52 socios en los Estados Unidos y en todo el mundo, incluido el Laboratorio Nacional Oak Ridge, ha modelado el virus delta dentro de un aerosol por primera vez, nuevamente utilizando Summit para simular los modelos. Summit es una de las pocas supercomputadoras del mundo capaz de realizar estas simulaciones a gran escala, lo que permitió a los investigadores ver aerosoles sin precedentes de mil millones de átomos. La investigación de Amaro, que estuvo entre los finalistas del Premio ACM Gordon Bell de este año y aquí está su presentación para la conferencia de Supercomputación de este año, SC21.
Nuestro trabajo amplía en gran medida las capacidades de la microscopía computacional multiescala para abordar las brechas significativas que existen en los métodos experimentales actuales, que tienen una capacidad limitada para interrogar aerosoles a nivel atómico / molecular y, por lo tanto, oscurecen nuestra comprensión de la transmisión aérea. Demostramos cómo nuestra plataforma integrada basada en datos proporciona una nueva forma de explorar la composición, estructura y dinámica de aerosoles y virus en aerosol, mientras impulsa el desarrollo de métodos de simulación a lo largo de varios ejes importantes. Presentamos una serie de hallazgos científicos iniciales para la variante Delta SARS-CoV-2, señalando que el impacto científico completo de este trabajo aún no se ha realizado.
El impacto de este trabajo va más allá de las necesidades inmediatas de aprender tanto como sea posible sobre cómo funciona el SARS-CoV-2 para mostrar que los modelos de aerosoles computarizados pueden tener impactos de gran alcance, incluidas las ciencias climáticas y la salud humana.
Según el Dr. Robert «Chip» Schooley, profesor del Departamento de Medicina de la Facultad de Medicina de UC San Diego:
“Lo que aprendimos durante la pandemia es que los aerosoles han sido un factor importante en la propagación del virus y que su importancia en la transmisión de muchos otros patógenos respiratorios se ha subestimado sistemáticamente. Cuanto más aprendamos sobre los aerosoles y cómo albergan virus y contaminantes, como el hollín, que tienen efectos adversos para la salud, mejor posicionados estaremos para crear tratamientos efectivos y medidas de mitigación. Esto beneficia la salud pública y el bienestar de las personas en todo el mundo ”.
