Масивни алатки напреднаа голема хемија во 2022 година
Гигантски збирки податоци и колосални инструменти им помогнаа на научниците да се справат со хемијата во огромни размери оваа година
од страна наАријана Ремел
Кредит: Oak Ridge Leadership Computing Facility во ORNL
Суперкомпјутерот Frontier во Националната лабораторија Оук Риџ е првиот од новата генерација машини кои ќе им помогнат на хемичарите да преземат молекуларни симулации кои се посложени од кога било досега.
Научниците дојдоа до големи откритија со преголеми алатки во 2022 година. Надоврзувајќи се на неодамнешниот тренд на хемиски компетентна вештачка интелигенција, истражувачите направија големи чекори, учејќи ги компјутерите да ги предвидат протеинските структури во невиден размер.Во јули, компанијата DeepMind во сопственост на Alphabet објави база на податоци што ги содржи структурите наречиси сите познати протеини— Плус 200 милиони индивидуални протеини од над 100 милиони видови — како што е предвидено со алгоритмот за машинско учење AlphaFold.Потоа, во ноември, технолошката компанија Мета го покажа својот напредок во технологијата за предвидување протеини со алгоритам за вештачка интелигенција т.н.ESMFold.Во студија пред печатење која сè уште не е рецензирана од колеги, истражувачите на Мета објавија дека нивниот нов алгоритам не е толку прецизен како AlphaFold, но е побрз.Зголемената брзина значеше дека истражувачите можеа да предвидат 600 милиони структури за само 2 недели (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
Биолозите од Медицинскиот факултет на Универзитетот во Вашингтон (UW) помагаатги прошири биохемиските способности на компјутерите надвор од шаблонот на природатасо учење на машините да предлагаат протеини нарачани од нула.Дејвид Бејкер од UW и неговиот тим создадоа нова алатка за вештачка интелигенција која може да дизајнира протеини или со итеративно подобрување на едноставни упатства или со пополнување на празнините помеѓу избраните делови од постоечката структура (Науката2022 година, DOI:10.1126/science.abn2100).Тимот, исто така, дебитираше нова програма, ProteinMPNN, која може да започне од дизајнирани 3D форми и склопови на повеќе протеински подединици и потоа да ги одреди секвенците на аминокиселини потребни за да се направат ефикасно (Науката2022 година, DOI:10.1126/science.add2187;10.1126/science.add1964).Овие биохемиски разумни алгоритми би можеле да им помогнат на научниците да изградат планови за вештачки протеини кои би можеле да се користат во нови биоматеријали и фармацевтски производи.
Кредит: Ian C. Haydon/UW Institute for Protein Design
Алгоритмите за машинско учење им помагаат на научниците да сонуваат нови протеини со специфични функции на ум.
Како што растат амбициите на пресметковните хемичари, така растат и компјутерите што се користат за симулирање на молекуларниот свет.Во Националната лабораторија Oak Ridge (ORNL), хемичарите првпат видоа еден од најмоќните суперкомпјутери некогаш изградени.Ексаскала суперкомпјутер на ORNL, Frontier, е меѓу првите машини кои пресметале повеќе од 1 квинтилион лебдечки операции во секунда, единица за пресметковна аритметика.Таа компјутерска брзина е околу три пати поголема од актуелниот шампион, суперкомпјутерот Фугаку во Јапонија.Во следната година, уште две национални лаборатории планираат да дебитираат компјутери со егзаскали во САД.Преголемата компјутерска моќ на овие најсовремени машини ќе им овозможи на хемичарите да симулираат уште поголеми молекуларни системи и на подолги временски размери.Податоците собрани од тие модели би можеле да им помогнат на истражувачите да ги поместат границите на она што е можно во хемијата со стеснување на јазот помеѓу реакциите во колбата и виртуелните симулации што се користат за нивно моделирање.„Ние сме во момент кога можеме навистина да почнеме да поставуваме прашања за тоа што недостасува во нашите теоретски методи или модели што би нè доближиле до она што ни го кажува експериментот дека е реално“, Тереза Виндус, пресметковна хемичарка во Ајова. Државниот универзитет и проектот водат со Exascale Computing Project, изјави за C&EN во септември.Симулациите што се извршуваат на компјутери со егзаскала би можеле да им помогнат на хемичарите да измислат нови извори на гориво и да дизајнираат нови материјали отпорни на климата.
Низ целата земја, во Менло Парк, Калифорнија, Националната акцелераторска лабораторија SLAC инсталираsupercool надградби на Linac кохерентен извор на светлина (LCLS)што би можело да им овозможи на хемичарите да ѕирнат подлабоко во ултрабрзиот свет на атоми и електрони.Објектот е изграден на линеарен акцелератор од 3 километри, чии делови се ладат со течен хелиум до 2 K, за да се произведе еден вид суперсветлен, супербрз извор на светлина наречен ласер со слободни електронски рендгенски зраци (XFEL).Хемичарите ги користеле моќните импулси на инструментите за да направат молекуларни филмови кои им овозможиле да гледаат огромен број процеси, како што се формирањето на хемиски врски и фотосинтетичките ензими кои работат.„Во фемтосекунди блиц, можете да видите дека атомите мируваат, единечните атомски врски се кршат“, рече Леора Дреселхаус-Марес, научник за материјали со заеднички назначувања на Универзитетот Стенфорд и SLAC, за C&EN во јули.Надградбите на LCLS, исто така, ќе им овозможат на научниците подобро да ја прилагодат енергијата на Х-зраците кога новите способности ќе станат достапни на почетокот на следната година.
Кредит: Национална акцелераторска лабораторија SLAC
Ласерот за рендген на Националната акцелераторска лабораторија SLAC е изграден на линеарен акцелератор од 3 километри во Менло Парк, Калифорнија.
Оваа година, научниците увидоа и колку моќен може да биде долгоочекуваниот вселенски телескоп Џејмс Веб (JWST) за откривање нахемиска сложеност на нашиот универзум.НАСА и нејзините партнери - Европската вселенска агенција, Канадската вселенска агенција и Научниот институт за вселенски телескоп - веќе објавија десетици слики, од блескави портрети на ѕвездени маглини до елементарни отпечатоци од древни галаксии.Инфрацрвениот телескоп вреден 10 милијарди долари е обложен со пакети научни инструменти дизајнирани да ја истражуваат длабоката историја на нашиот универзум.Со децении во создавањето, JWST веќе ги надмина очекувањата на своите инженери со тоа што направи слика од вртечка галаксија како што се појави пред 4,6 милијарди години, комплетирана со спектроскопски знаци на кислород, неон и други атоми.Научниците, исто така, ги измериле знаците на запарливи облаци и магла на егзопланета, обезбедувајќи податоци што би можеле да им помогнат на астробиолозите да бараат светови кои можат да се населат надвор од Земјата.
Време на објавување: Февруари-07-2023 година