Instrumentação Científica e Computação

A capacidade de desenvolver sua própria instrumentação é um fator determinante para a maturidade científica de um país e até hoje esta atividade é considerada um dos gargalos científicos no Brasil. São os desafios científicos que mobilizam o desenvolvimento da instrumentação, exigindo infraestrutura sofisticada e pessoal com alta classificação, atuando em questões tecnológicas de ponta e trazendo contribuições inovadoras. Além disso, a promoção de uma interação construtiva desta área com a indústria pode provocar mudanças de grande impacto, agregando métodos e técnicas provenientes da ciência ao setor produtivo. 

A singularidade dos grandes experimentos científicos nacionais e internacionais em curso exige uma expertise científica e tecnológica que só pode ser alcançada através da parceria entre diversos grupos e, no caso internacional, entre diferentes países. Essa iniciativa é muito comum nos experimentos de física de altas energias, fusão nuclear, astrofísica e astropartículas, cosmologia observacional, etc.

Em todo o mundo instituições de pesquisa básica, como o CBPF, têm importância fundamental no desenvolvimento da instrumentação científica. Desde sua fundação, o CBPF estruturou algumas áreas voltadas para o desenvolvimento de técnicas e tecnologias que tiveram, ao longo dos anos, papel de destaque. A instituição dispõe de diversos grupos e setores atuando em eletrônica, mecânica (inclusive para telescópios), sistemas de detecção, processamento de sinais e imagens, sensores e sistemas de processamento de materiais avançados e computação - desenvolvimento de programas (software) especializados e sistemas de computação em grade (grid). Estes grupos contribuem de forma relevante em projetos nacionais e internacionais. Esta vocação institucional para a instrumentação resultou na criação de um programa de pós-graduação dedicado exclusivamente à área - o Mestrado Profissional em Física com Ênfase em Instrumentação Científica -, que já formou mais de 50 mestres desde sua criação em 2000.

Nos últimos anos, com a crescente abertura de seus laboratórios, a intensificação de sua participação em projetos nacionais e internacionais e a criação de um Núcleo de Inovação Tecnológica para instituições do Rio, com sede no CBPF, a instituição tem desenvolvido novos instrumentos e técnicas com foco na indução de inovação junto a empresas. 

O CBPF reconhece a importância da instrumentação científica como uma de suas áreas estratégicas de atuação, alinhada com a política ministerial para os próximos anos, e busca contribuir para uma indústria nacional com ciência agregada.

Programa:

1. Produção Científica e Desenvolvimento Tecnológico: Produzir resultados no desenvolvimento de Instrumentação Científica com significativos avanços tecnológicos nas áreas de eletrônica e mecânica, por meio de uma maior participação em projetos nacionais e internacionais e que possam trazer, também, benefícios para a sociedade brasileira.

Computação Científica

A Física e a Computação são duas áreas com grande sinergia. A pesquisa fundamental em Física é uma das principais áreas para o desenvolvimento da Computação e, da mesma forma, necessita de sua grande capacidade de processamento e armazenamento para a realização de novas pesquisas teóricas e experimentais. A Computação moderna é constituída, por um lado, de uma eletrônica avançada e, por outro, de programas (software) sofisticados que permeiam todas as áreas do conhecimento. É possível utilizar esses dois aspectos para o desenvolvimento de novos instrumentos e/ou para o estudo de novos fenômenos físicos. 

Os avanços na área da comunicação são ainda mais significativos. A infraestrutura de redes de computadores abriu espaço para arranjos colaborativos que permitem o compartilhamento de poderosos recursos computacionais geograficamente separados, alcançando uma capacidade de processamento da informação sem igual na história da humanidade. 

Instituições de pesquisa em física, como o CBPF, requerem o desenvolvimento de projetos computacionais e informacionais que: (i) automatizem processos de medidas e/ou instrumentos; (ii) aumentem a capacidade de processamento e armazenamento; (iii) promovam a alta velocidade na comunicação e (iv) garantam a confiabilidade de seus sistemas. Embora estes sistemas computacionais tragam facilidades em seu fim, o seu desenvolvimento, aliado à pesquisa de ponta, se tornou bastante complexo e exige hoje uma equipe com formação científica e tecnológica que possa gerar soluções inovadoras para as demandas contínuas da pesquisa. De modo análogo, por meio da manipulação da informação (dados), as Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC) têm um papel estratégico para a melhoria dos sistemas de gestão das instituições, contribuindo diretamente para a produção científica, documentação e a própria gestão. Toda essa capacidade só poderá ser alcançada por meio de uma infraestrutura de qualidade e exige investimentos, atualização e manutenção periódicos. 

O CBPF tem uma longa tradição em Computação, pois sempre teve acesso a computadores de alta capacidade de processamento, participando também na criação do Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC/MCTIC). Da mesma forma, a demanda por uma computação de alto desempenho gerada pela pesquisa em Física tornou o CBPF uma referência na área de comunicação de dados para a comunidade de pesquisa, ensino, governo e da própria Internet brasileira. Desde 1999, o CBPF participa da implantação e operação da rede acadêmica estadual (Rede-Rio/FAPERJ). A instituição coordena também o projeto e a implantação da nova infraestrutura de comunicação metropolitana do Rio de Janeiro (Redecomep-Rio). Este projeto, concebido dentro do CBPF em parceria com a RNP e a FAPERJ, constitui-se, atualmente, em uma malha metropolitana de fibras óticas (de mais de 300Km) operando na velocidade de 10 Gbps e utilizando a tecnologia DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing). Esta infraestrutura de rede, na qual o CBPF é o principal nó, atende mais de 80 instituições acadêmicas e 40 órgãos municipais, garantindo o acesso dessas instituições à espinha dorsal de comunicação (backbone) da Internet brasileira e mundial. 

O CBPF também dispõe de vários clusters de computadores para execução de sofisticados cálculos científicos e opera como um “TIER 2” da grade computacional (grid) do CERN, desempenhando também o papel de Centro de Operação da ROC-LA - Grid dedicada à pesquisa em Física de Altas Energias para a América Latina. Recentemente, um novo Centro de Processamento de Dados (Data Center) foi criado, ampliando este papel para outras áreas que também necessitam de grande necessidade de processamento computacional.

Apesar da existência de diversos ambientes de processamento utilizados por grupos específicos, é necessário o investimento em uma infraestrutura de processamento comum de acesso mais amplo para toda a instituição. É necessário também reestruturar os ambientes de processamento de dados em seu campus, visando garantir a expansão em Computação para atendimento de novos desafios institucionais. 

A velocidade na modificação e surgimento de novas tecnologias são as principais características dessa área, e acompanhar essas alterações, com foco no investimento para a Física, é uma obrigação além de um desafio permanente. O CBPF tem se preocupado ao longo dos últimos anos em disponibilizar à comunidade científica uma sofisticada infraestrutura de computação, viável para a realização das pesquisas institucionais e compatíveis com aquelas encontradas nos grandes centros internacionais. 

A relevância das atividades desenvolvidas pelo CBPF na área de Computação, junto à comunidade científica, impõe ações constantes destinadas à expansão de sua capacidade de processamento, armazenamento, comunicação, segurança da Informação e infraestrutura.

Programas: 

1. Programa de Expansão da Infraestrutura Computacional do CBPF: Ampliar os atuais recursos computacionais de uso compartilhado por grupos do CBPF em acordo com o Projeto Estruturante Centro de Inovação para a Ciência
2. Programa de Computação e Instrumentação: Expandir a área de computação associada à instrumentação científica, com papel de destaque na automação de experimentos, desenvolvimento de software e sistemas computacionais para experimentos em colaborações nacionais e internacionais do CBPF.