Их хэмжээний багаж хэрэгсэл нь 2022 онд том химийн шинжлэх ухааныг хөгжүүлсэн
Асар том өгөгдлийн багц болон асар том багажууд нь эрдэмтэд химийн асуудлыг энэ жил асар том хэмжээнд шийдвэрлэхэд тусалсан.
byАриана Реммел
Зээл: ORNL дахь Oak Ridge Leadership Computing Facility
Oak Ridge үндэсний лабораторийн Frontier суперкомпьютер нь химичдэд урьд өмнө байгаагүй нарийн төвөгтэй молекулын симуляцийг хийхэд туслах шинэ үеийн машинуудын анхных юм.
Эрдэмтэд 2022 онд асар том багаж хэрэгслээр томоохон нээлтүүдийг хийлээ. Химийн чадавхитай хиймэл оюун ухааны сүүлийн үеийн чиг хандлагад тулгуурлан судлаачид асар их ахиц дэвшил гаргаж, компьютерт уургийн бүтцийг урьд өмнө байгаагүй их хэмжээгээр урьдчилан таамаглахыг заажээ.7-р сард Alphabet эзэмшдэг DeepMind компани нь бүтцийг агуулсан мэдээллийн санг нийтэлсэнбараг бүх мэдэгдэж буй уураг-100 сая гаруй зүйлийн 200 сая гаруй бие даасан уураг - машин сургалтын AlphaFold алгоритмын таамаглаж байгаагаар.Дараа нь арваннэгдүгээр сард технологийн компани Meta уураг таамаглах технологийн дэвшлийг хиймэл оюун ухааны алгоритмаар харуулсан.ESMFold.Мета судлаачид хараахан хянаж амжаагүй байгаа урьдчилсан судалгаагаар тэдний шинэ алгоритм нь AlphaFold шиг үнэн зөв биш боловч илүү хурдан ажилладаг гэж мэдэгджээ.Хурд нэмэгдсэн нь судлаачид ердөө 2 долоо хоногийн дотор 600 сая бүтцийг урьдчилан таамаглах боломжтой гэсэн үг юм (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
Вашингтоны их сургуулийн (UW) Анагаах ухааны сургуулийн биологичид тусалж байнакомпьютерийн биохимийн чадавхийг байгалийн загвараас илүү өргөжүүлэхмашинуудад эхнээс нь захиалгат уураг санал болгохыг заах замаар.UW-ийн Дэвид Бейкер болон түүний баг энгийн зааварчилгаагаар давталттайгаар сайжруулах эсвэл одоо байгаа бүтцийн сонгосон хэсгүүдийн хоорондын зайг нөхөх замаар уураг зохион бүтээх шинэ хиймэл оюун ухааны хэрэгслийг бүтээжээ.Шинжлэх ухаан2022, DOI:10.1126/science.abn2100).Тус баг мөн олон уургийн дэд нэгжийн зохион бүтээсэн 3D хэлбэр, угсралтаас эхэлж, дараа нь тэдгээрийг үр дүнтэй болгоход шаардлагатай амин хүчлийн дарааллыг тодорхойлох боломжтой ProteinMPNN хэмээх шинэ программыг эхлүүлсэн.Шинжлэх ухаан2022, DOI:10.1126/science.add2187;10.1126/science.add1964).Эдгээр биохимийн мэдлэгтэй алгоритмууд нь шинэ биоматериал болон эм бэлдмэлд ашиглаж болох хиймэл уургийн зураг төслийг боловсруулахад эрдэмтдэд туслах болно.
Зээл: Ian C. Haydon/UW Institute for Protein Design
Машин сургалтын алгоритмууд нь эрдэмтдэд тодорхой функц бүхий шинэ уураг мөрөөдөж сурахад тусалдаг.
Тооцооллын химичүүдийн хүсэл тэмүүлэл өсөхийн хэрээр молекулын ертөнцийг дуурайлган загварчлахад ашигладаг компьютерууд өссөөр байна.Оак Риджийн үндэсний лабораторид (ORNL) химич нар урьд өмнө бүтээгдсэн хамгийн хүчирхэг суперкомпьютеруудын нэгийг анх удаа харав.ORNL-ийн exascale суперкомпьютер, Frontier, нь секундэд 1 квинтиллион хөвөгч үйлдлийг тооцдог анхны машинуудын нэг бөгөөд тооцооллын арифметикийн нэгж юм.Энэхүү тооцооллын хурд нь тухайн үеийн аварга, Японы Фугаку супер компьютерээс гурав дахин хурдан юм.Ирэх жил дахин хоёр үндэсний лаборатори АНУ-д exascale компьютеруудыг гаргахаар төлөвлөж байна.Эдгээр орчин үеийн машинуудын асар том компьютерийн хүчин чадал нь химичдэд илүү том молекулын системийг дуурайж, илүү урт хугацаанд ажиллах боломжийг олгоно.Эдгээр загваруудаас цуглуулсан өгөгдөл нь колбонд хийсэн урвалууд болон тэдгээрийг загварчлахад ашигладаг виртуал симуляцийн хоорондох зайг багасгаж, химийн шинжлэх ухаанд боломжтой зүйлсийн хил хязгаарыг даван туулахад судлаачдад тусална.Айовагийн тооцооллын химич Тереза Виндус, "Бид онолын арга, загварт юу дутагдаж байгаа талаар үнэхээр асуулт асууж эхлэх мөчид ирлээ. Энэ нь биднийг туршилтын бодитой гэж хэлж байгаа зүйлд ойртуулах болно." Улсын Их Сургууль болон Exascale Computing Төслийн төслийн удирдагч 9-р сард C&EN-д мэдэгдэв.Гайхалтай компьютер дээр ажилладаг симуляци нь химичдэд түлшний шинэ эх үүсвэрийг зохион бүтээх, уур амьсгалд тэсвэртэй шинэ материал зохион бүтээхэд тусална.
Калифорнийн Менло Парк хотод SLAC үндэсний хурдасгуурын лабораторийг орон даяар суурилуулж байнаЛинак когерент гэрлийн эх үүсвэр (LCLS)-д supercool шинэчлэлтүүдЭнэ нь химичүүдэд атом ба электронуудын хэт хурдан ертөнцийг гүнзгий судлах боломжийг олгоно.Уг байгууламж нь 3 км-ийн шугаман хурдасгуур дээр баригдсан бөгөөд түүний хэсгүүдийг шингэн гелийээр 2 К хүртэл хөргөж, рентген чөлөөт электрон лазер (XFEL) гэж нэрлэгддэг маш тод, маш хурдан гэрлийн эх үүсвэрийг бий болгодог.Химичид багажны хүчтэй импульсийг ашиглан молекулын кино бүтээж, химийн холбоо үүсэх, фотосинтезийн ферментүүд ажиллах зэрэг олон үйл явцыг үзэх боломжтой болсон.Стэнфордын их сургууль болон SLAC-д хамтарсан материал судлаач Леора Дрессельхаус-Марайс 7-р сард C&EN-д хэлэхдээ "Фемтосекундын дотор та атомууд зогсож, нэг атомын холбоо тасарч байгааг харж болно."LCLS-ийн шинэчлэлтүүд нь ирэх оны эхээр шинэ боломжууд гарах үед эрдэмтэд рентген туяаны энергийг илүү сайн тохируулах боломжийг олгоно.
Зээл: SLAC Үндэсний хурдасгуурын лаборатори
SLAC National Accelerator Laboratory-ийн рентген лазерыг Калифорни мужийн Менло Парк дахь 3 км шугаман хурдасгуур дээр бүтээжээ.
Энэ жил эрдэмтэд удаан хүлээсэн Жеймс Уэбб сансрын дуран (JWST) ямар хүчтэй болохыг олж харлаа.Манай орчлон ертөнцийн химийн нарийн төвөгтэй байдал.НАСА болон түүний түншүүд болох Европын сансрын агентлаг, Канадын сансрын агентлаг, Сансрын дурангийн шинжлэх ухааны хүрээлэн оддын мананцарын нүд гялбам хөрөг зургаас эхлээд эртний галактикуудын хурууны хээ хүртэл хэдэн арван зургийг аль хэдийн нийтэлсэн байна.10 тэрбум долларын өртөгтэй энэхүү хэт улаан туяаны дуран нь манай орчлон ертөнцийн гүн гүнзгий түүхийг судлах зорилготой шинжлэх ухааны багаж хэрэгслээр тоноглогдсон.Хэдэн арван жил бүтээгдсэн JWST нь хүчилтөрөгч, неон болон бусад атомуудын спектроскопийн шинж тэмдэг бүхий 4.6 тэрбум жилийн өмнө гарч ирсэн эргэлддэг галактикийн зургийг дарснаар инженерүүдийнхээ хүлээлтээс аль хэдийн давсан байна.Эрдэмтэд мөн экзопланет дээрх ууртай үүл, манан зэргийг хэмжиж, астробиологичид дэлхийгээс гадна амьдрах боломжтой ертөнцийг хайхад туслах өгөгдлийг гаргаж өгсөн.
Шуудангийн цаг: 2023-02-07