Proceedings of Computational Methods for Coupled Problems in Science and Engineering

Computational Methods for Coupled Problems in Science and Engineering

Multi-scale approaches to Food Sciences: computational QM and MM explorations at the microscopic level

L'obiettivo principale della politica di sicurezza alimentare è quello di garantire la salute dei consumatori attraverso regole e protocolli di sicurezza specifici. Al fine di rispondere ai requisiti di sicurezza alimentare e standardizzazione della qualità, nel 2002 il Parlamento Europeo e il Consiglio dell'UE (Regolamento (CE) 178/2002 (CE, 2002)), hanno cercato di uniformare concetti, principi e procedure in modo da fornire una base comune in materia di disciplina degli alimenti e mangimi provenienti da Stati membri a livello comunitario. La formalizzazione di regole e protocolli di standardizzazione dovrebbe però passare attraverso una più dettagliata e accurata comprensione ed armonizzazione delle proprietà globali (macroscopiche), pseudo-locali (mesoscopiche), ed eventualmente, locali (microscopiche) dei prodotti alimentari. L'obiettivo principale di questa tesi di dottorato è di illustrare come le tecniche computazionali possano rappresentare un valido supporto per l'analisi e ciò tramite (i) l’applicazione di protocolli e (ii) miglioramento delle tecniche ampiamente applicate. Una dimostrazione diretta delle potenzialità già offerte dagli approcci computazionali viene offerta nel primo lavoro in cui un virtual screening basato su docking è stato applicato al fine di valutare la preliminare xeno-androgenicità di alcuni contaminanti alimentari. Il secondo e terzo lavoro riguardano lo sviluppo e la convalida di nuovi descrittori chimico-fisici in un contesto 3D-QSAR. Denominata HyPhar (Hydrophobic Pharmacophore), la nuova metodologia così messa a punto è stata usata per esplorare il tema della selettività tra bersagli molecolari strutturalmente correlati e ha così dimostrato di possedere i necessari requisiti di applicabilità e adattabilità in un contesto alimentare. Nel complesso, i risultati ci permettono di essere fiduciosi nel potenziale impatto che le tecniche in silico potranno avere nella identificazione e chiarificazione di eventi molecolari implicati negli aspetti tossicologici e nutrizionali degli alimenti.

Application of the manakov-PMD equation to a computational investigation of low-PMD fibres

The phenomenon of low-PMD fibres is examined through numerical simulations. Instead of the coarse-step method we are using an algorithm developed through the Manakov-PMD equation. With the integration of the Manakov-PMD equation we have access to the fibre spin which relates to the orientation of the birefringence. The simulation results produced correspond to the behaviour of a low-PMD spun fibre. Furthermore we provide an analytical approximation compared to the numerical data. © 2005 Optical Society of America.

Computational mechanics of molecular systems:quantifying high-dimensional dynamics by distribution of Poincaré recurrence times

A framework that connects computational mechanics and molecular dynamics has been developed and described. As the key parts of the framework, the problem of symbolising molecular trajectory and the associated interrelation between microscopic phase space variables and macroscopic observables of the molecular system are considered. Following Shalizi and Moore, it is shown that causal states, the constituent parts of the main construct of computational mechanics, the e-machine, define areas of the phase space that are optimal in the sense of transferring information from the micro-variables to the macro-observables. We have demonstrated that, based on the decay of their Poincare´ return times, these areas can be divided into two classes that characterise the separation of the phase space into resonant and chaotic areas. The first class is characterised by predominantly short time returns, typical to quasi-periodic or periodic trajectories. This class includes a countable number of areas corresponding to resonances. The second class includes trajectories with chaotic behaviour characterised by the exponential decay of return times in accordance with the Poincare´ theorem.