Computersimulationen chemischer Systeme auf molekularem Niveau sind ein Schlüssel zur schnellen Materialentwicklung, erfordern jedoch viel Spezialwissen und Entwicklungszeit. Dieses Problem wurde von der Arbeitsgruppe Theorie der Polymere vom Max Planck Institut für Polymerforschung (MPIP) in Kooperation mit Fraunhofer SCAI in Angriff genommen.

Das neu entworfene »Extensible Simulation Package for Research on Soft matter systems« (ESPResSo++) ist ein freies, quelloffenes, parallelisiertes und objekt-orientiertes Simulationspaket. Es wurde zur Durchführung von Vielteilchen-Simulationen an Systemen von kondensierter weicher Materie entwickelt. Dabei werden hauptsächlich Molekulardynamik und Monte Carlo Verfahren angewendet. Zusätzlich zu den Standard-Simulationsmethoden der gängigen Pakete bietet ESPResSO++ die Möglichkeit, Simulationen mit Hilfe des »Adaptive Resolution Scheme« (AdResS) durchzuführen. Hierbei handelt es sich um mehrskalige Simulationen molekularer Systeme, bei denen sich der Auflösungsgrad der Moleküle während der Durchführung verändern kann.

Da mit dem Design das Ziel der Erweiterbarkeit verfolgt wird, besitzt die Software einen hochmodularen C++ Kernel, der an eine Python-Benutzerschnittstelle gekoppelt ist. Diese macht es einfacher, neue Algorithmen hinzuzufügen, eine Simulation einzurichten, Online-Analysen durchzuführen, komplexe Arbeitsabläufe zu nutzen und eine Simulation zu steuern. Auch erlaubt die hohe Flexibilität der Software die Untersuchung einer großen Auswahl an Systemen. Des weiteren ermöglicht es die modulare Struktur den Forschern, ESPResSO++ als Forschungsplattform für ihre eigenen methodischen Entwicklungen zu nutzen. Dies führt gleichzeitig dazu, dass die Software wächst und immer neue, modernste Methoden hinzukommen können. ESPResSO++ zielt auf ein breites Spektrum von Hardware-Architekturen und ist unter der GNU General Public License lizenziert.

Diese Entwicklung war eine besondere Herausforderung, die nun außergewöhnliche Chancen bietet. Mit seiner Funktionalität wird ESPResSO++ zu einem Software-Paket mit hoher Anwendbarkeit zur Vorhersage der Eigenschaften weicher Materie werden.

Homepage von ESPResSo++ (in englischer Sprache)