2022 онд асар том хэрэгслүүд дэвшилтэт том хими
Энэ жил аварга том өгөгдлийн багц болон асар том хэрэгслүүд эрдэмтдэд химийн асуудлыг асар том хэмжээнд шийдвэрлэхэд тусалсан
-аарАриана Реммел
Эх сурвалж: ORNL-ийн Оак Риджийн Удирдлагын Компьютерийн Байгууламж
Оак Риджийн Үндэсний Лабораторийн Frontier суперкомпьютер нь химичдэд өмнөхөөсөө илүү төвөгтэй молекулын симуляци хийхэд туслах шинэ үеийн машинуудын анхных нь юм.
Эрдэмтэд 2022 онд хэт том багаж хэрэгслээр томоохон нээлтүүдийг хийсэн. Химийн хувьд чадварлаг хиймэл оюун ухааны сүүлийн үеийн чиг хандлагыг үндэслэн судлаачид компьютерт уургийн бүтцийг урьд өмнө байгаагүй хэмжээгээр урьдчилан таамаглахыг зааж, томоохон алхам хийсэн. Долдугаар сард Alphabet-ийн эзэмшлийн DeepMind компани ... бүтцийг агуулсан мэдээллийн санг нийтэлсэн.бараг бүх мэдэгдэж буй уургууд—100 сая гаруй зүйлийн 200 сая гаруй бие даасан уураг - AlphaFold машин сургалтын алгоритмаар таамаглаж байсанчлан. Дараа нь арваннэгдүгээр сард технологийн компани Meta нь хиймэл оюун ухааны алгоритмаар уургийн таамаглалын технологийн дэвшлээ харуулсан.ESMFoldХэвлэхээс өмнөх судалгаагаар Мета судлаачид шинэ алгоритм нь AlphaFold шиг нарийвчлалтай биш боловч илүү хурдан гэж мэдээлсэн. 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 байнакомпьютерын биохимийн чадавхийг байгалийн загвараас давж өргөжүүлэхмашинуудад захиалгат уургуудыг эхнээс нь санал болгохыг заах замаар. UW-ийн Дэвид Бейкер болон түүний баг энгийн заавруудыг давтан сайжруулах эсвэл одоо байгаа бүтцийн сонгосон хэсгүүдийн хоорондох зайг нөхөх замаар уургийг зохион бүтээх боломжтой шинэ хиймэл оюун ухааны хэрэгслийг бүтээжээ (Шинжлэх ухаан2022, DOI:10.1126/science.abn2100). Мөн баг нь олон уургийн дэд нэгжийн 3 хэмжээст хэлбэр, угсралтаас эхэлж, дараа нь тэдгээрийг үр дүнтэй болгоход шаардлагатай амин хүчлийн дарааллыг тодорхойлж чадах ProteinMPNN хэмээх шинэ програмыг анх удаа танилцуулсан (Шинжлэх ухаан2022, DOI:10.1126/science.add2187;10.1126/science.add1964Эдгээр биохимийн хувьд ухаалаг алгоритмууд нь эрдэмтдэд шинэ биоматериал болон эмийн үйлдвэрлэлд ашиглаж болох хиймэл уургийн зураг төслийг боловсруулахад нь тусалж чадна.
Эх сурвалж: Иан К. Хайдон/Уоллын дизайны Их Сургууль
Машин сургалтын алгоритмууд нь эрдэмтдэд тодорхой функцуудыг харгалзан шинэ уургуудыг бий болгоход тусалж байна.
Тооцооллын химичдийн хүсэл тэмүүлэл өсөхийн хэрээр молекулын ертөнцийг дуурайлган ашигладаг компьютерууд ч мөн адил өсөн нэмэгдэж байна. Оак Риджийн Үндэсний Лабораторид (ORNL) химич нар түүхэн дэх хамгийн хүчирхэг суперкомпьютеруудын нэгийг анх удаа харж чаджээ.ORNL-ийн хэт өндөр түвшний супер компьютер болох Frontier, нь секундэд 1 квинтиллионоос дээш хөвөгч үйлдлийг тооцоолсон анхны машинуудын нэг бөгөөд тооцооллын арифметикийн нэгж юм. Энэхүү тооцооллын хурд нь одоогийн аварга болох Японы Fugaku суперкомпьютерээс гурав дахин хурдан юм. Дараа жил нь дахин хоёр үндэсний лаборатори АНУ-д эксаскейл компьютеруудыг танилцуулахаар төлөвлөж байна. Эдгээр хамгийн сүүлийн үеийн машинуудын компьютерын хүч нь химичдэд бүр ч том молекулын системийг болон урт хугацааны хэмжүүрээр дуурайх боломжийг олгоно. Эдгээр загваруудаас цуглуулсан өгөгдөл нь судлаачдад колбонд явагдах урвал болон тэдгээрийг загварчлахад ашигласан виртуал симуляцийн хоорондох зөрүүг багасгах замаар химийн салбарт юу боломжтой байгаа талаар хил хязгаарыг тэлэхэд тусална. "Бид онолын арга эсвэл загварт юу дутагдаж байгаа талаар асуулт асууж эхлэх цэг дээр ирлээ, энэ нь биднийг туршилтын бодит гэж хэлж байгаа зүйлд ойртуулах болно" гэж Айова мужийн их сургуулийн тооцооллын химич, Эксаскейл тооцооллын төслийн төслийн удирдагч Тереза Виндус есдүгээр сард C&EN-д ярьжээ. Эксаскейл компьютер дээр ажилладаг симуляци нь химичдэд шинэ түлшний эх үүсвэр зохион бүтээх, уур амьсгалд тэсвэртэй шинэ материалыг зохион бүтээхэд тусалж чадна.
Калифорни мужийн Менло Парк хотод улс даяар SLAC Үндэсний Хурдасгуурын Лаборатори суурилуулж байнаLinac Coherent Light Source (LCLS)-ийн супер гайхалтай шинэчлэлтүүдЭнэ нь химичдэд атом ба электронуудын хэт хурдан ертөнцийг илүү гүнзгий судлах боломжийг олгоно. Энэхүү байгууламж нь 3 км урт шугаман хурдасгуур дээр баригдсан бөгөөд түүний хэсгүүдийг 2 К хүртэл шингэн гелиэр хөргөж, рентген чөлөөт электрон лазер (XFEL) гэж нэрлэгддэг хэт тод, хэт хурдан гэрлийн эх үүсвэрийг үүсгэдэг. Химичид уг багажны хүчирхэг импульсийг ашиглан молекулын кино хийж, химийн холбоо үүсэх, фотосинтезийн ферментүүд ажиллах зэрэг олон тооны үйл явцыг ажиглах боломжтой болгосон. "Фемтосекундын гялбаанд атомууд зогсож, ганц атомын холбоо тасарч байгааг харж болно" гэж Стэнфордын Их Сургууль болон SLAC-д хамтарсан ажил эрхэлдэг материалын эрдэмтэн Леора Дресселхаус-Мараис долдугаар сард C&EN-д ярьжээ. LCLS-ийн шинэчлэлтүүд нь эрдэмтдэд ирэх оны эхээр шинэ боломжууд гарч ирэх үед рентген туяаны энергийг илүү сайн тохируулах боломжийг олгоно.
Эх сурвалж: SLAC Үндэсний хурдасгуурын лаборатори
SLAC Үндэсний Хурдасгуурын Лабораторийн рентген лазерыг Калифорни мужийн Менло Парк хотод байрлах 3 км шугаман хурдасгуур дээр суурилуулсан.
Энэ жил эрдэмтэд удаан хүлээгдэж буй Жэймс Уэбб сансрын дуран (JWST) нь ...-г илчлэхэд хэр хүчтэй болохыг харсан.манай орчлон ертөнцийн химийн нарийн төвөгтэй байдалНАСА болон түүний түншүүд болох Европын сансрын агентлаг, Канадын сансрын агентлаг, Сансрын дурангийн шинжлэх ухааны хүрээлэн зэрэг компаниуд од мананцаруудын гайхалтай хөрөг зургаас эхлээд эртний галактикуудын элементүүдийн хурууны хээ хүртэл олон арван зургийг аль хэдийн нийтэлсэн байна. 10 тэрбум долларын өртөгтэй энэхүү хэт улаан туяаны дуран нь бидний орчлон ертөнцийн гүн гүнзгий түүхийг судлах зориулалттай шинжлэх ухааны багаж хэрэгслээр тоноглогдсон. Хэдэн арван жилийн турш бүтээгдэж байгаа JWST нь 4.6 тэрбум жилийн өмнө гарч ирсэн эргэлдэгч галактикийн зургийг авч, инженерүүдийнхээ хүлээлтийг аль хэдийн давсан бөгөөд хүчилтөрөгч, неон болон бусад атомуудын спектроскопийн шинж тэмдэгтэй. Эрдэмтэд мөн экзопланет дээрх уурын үүл, манангийн шинж тэмдгийг хэмжиж, астробиологичдод Дэлхийгээс цааш амьдрах боломжтой ертөнцийг хайхад нь туслах өгөгдлийг өгчээ.
Нийтэлсэн цаг: 2023 оны 2-р сарын 7