მასიური იარაღები 2022 წელს დიდ ქიმიას უწინასწარმეტყველებენ
გიგანტური მონაცემთა ნაკრები და კოლოსალური ინსტრუმენტები დაეხმარა მეცნიერებს ამ წელს გიგანტური მასშტაბის ქიმიის დაძლევაში
მიერარიანა რემელი
კრედიტი: Oak Ridge Leadership Computing Facility ORNL-ში
ოაკ რიჯის ეროვნულ ლაბორატორიაში Frontier სუპერკომპიუტერი არის ახალი თაობის მანქანების პირველი კომპიუტერი, რომელიც დაეხმარება ქიმიკოსებს მოლეკულური სიმულაციების განხორციელებაში, რომლებიც უფრო რთულია, ვიდრე ოდესმე.
მეცნიერებმა დიდი აღმოჩენები გააკეთეს დიდი ზომის ხელსაწყოებით 2022 წელს. ქიმიურად კომპეტენტური ხელოვნური ინტელექტის უახლესი ტენდენციის საფუძველზე, მკვლევარებმა მიაღწიეს წინსვლას და ასწავლეს კომპიუტერებს ცილის სტრუქტურების წინასწარმეტყველება უპრეცედენტო მასშტაბით.ივლისში Alphabet-ის მფლობელმა კომპანიამ DeepMind გამოაქვეყნა მონაცემთა ბაზა, რომელიც შეიცავს სტრუქტურებსთითქმის ყველა ცნობილი ცილა— 200 მილიონზე მეტი ცალკეული ცილა 100 მილიონზე მეტი სახეობიდან — როგორც წინასწარმეტყველებს მანქანური სწავლების ალგორითმი AlphaFold.შემდეგ, ნოემბერში, ტექნოლოგიურმა კომპანიამ Meta-მ აჩვენა თავისი პროგრესი ცილების პროგნოზირების ტექნოლოგიაში AI ალგორითმით ე.წ.ESMFold.წინასწარი ბეჭდვის კვლევაში, რომელიც ჯერ არ არის განხილული, Meta-ს მკვლევარებმა განაცხადეს, რომ მათი ახალი ალგორითმი არ არის ისეთივე ზუსტი, როგორც AlphaFold, მაგრამ უფრო სწრაფია.გაზრდილი სიჩქარე ნიშნავს, რომ მკვლევარებს შეეძლოთ 600 მილიონი სტრუქტურის პროგნოზირება მხოლოდ 2 კვირაში (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
ვაშინგტონის უნივერსიტეტის (UW) სამედიცინო სკოლის ბიოლოგები ეხმარებიანგააფართოვოს კომპიუტერების ბიოქიმიური შესაძლებლობები ბუნების შაბლონის მიღმაასწავლის მანქანებს ნულიდან შეკვეთილი ცილების შეთავაზებას.UW-ის დევიდ ბეიკერმა და მისმა გუნდმა შექმნეს ახალი ხელოვნური ინტელექტის ინსტრუმენტი, რომელსაც შეუძლია პროტეინების დაპროექტება მარტივი მოთხოვნის საფუძველზე განმეორებითი გაუმჯობესებით ან არსებული სტრუქტურის არჩეულ ნაწილებს შორის არსებული ხარვეზების შევსებით (მეცნიერება2022, DOI:10.1126/science.abn2100).გუნდმა ასევე წარმოადგინა ახალი პროგრამა, ProteinMPNN, რომელიც შეიძლება დაიწყოს შექმნილი 3D ფორმებიდან და მრავალი ცილის ქვედანაყოფის შეკრებიდან და შემდეგ განსაზღვროს ამინომჟავების თანმიმდევრობა, რომელიც საჭიროა მათი ეფექტურად შესაქმნელად.მეცნიერება2022, DOI:10.1126/science.add2187;10.1126/science.add1964).ეს ბიოქიმიურად საზრიანი ალგორითმები შეიძლება დაეხმარონ მეცნიერებს ხელოვნური ცილების გეგმების შედგენაში, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნეს ახალ ბიომასალებსა და ფარმაცევტულ საწარმოებში.
კრედიტი: Ian C. Haydon/UW Institute for Protein Design
მანქანათმცოდნეობის ალგორითმები მეცნიერებს ეხმარება იოცნებონ ახალი ცილები კონკრეტული ფუნქციების გათვალისწინებით.
როგორც გამოთვლითი ქიმიკოსების ამბიციები იზრდება, ასევე იზრდება კომპიუტერები, რომლებიც გამოიყენება მოლეკულური სამყაროს სიმულაციისთვის.Oak Ridge-ის ეროვნულ ლაბორატორიაში (ORNL) ქიმიკოსებმა პირველად შეხედეს ერთ-ერთ ყველაზე მძლავრ სუპერკომპიუტერს, რომელიც ოდესმე შექმნილა.ORNL-ის ეგზასკალი სუპერკომპიუტერი, Frontier, არის პირველ მანქანებს შორის, რომლებმაც გამოთვალეს 1 კვინტილიონზე მეტი მცურავი ოპერაცია წამში, გამოთვლითი არითმეტიკის ერთეული.ეს გამოთვლითი სიჩქარე დაახლოებით სამჯერ უფრო სწრაფია, ვიდრე მოქმედი ჩემპიონი, სუპერკომპიუტერი ფუგაკუ იაპონიაში.მომავალ წელს კიდევ ორი ეროვნული ლაბორატორია გეგმავს შეერთებულ შტატებში ეგზასკალი კომპიუტერების დებიუტირებას.ამ უახლესი აპარატების კომპიუტერის დიდი სიმძლავრე ქიმიკოსებს საშუალებას მისცემს მოახდინონ კიდევ უფრო დიდი მოლეკულური სისტემების სიმულაცია და უფრო დიდ ვადებში.ამ მოდელებიდან შეგროვებული მონაცემები მკვლევარებს დაეხმარება ქიმიაში შესაძლო საზღვრების გადალახვაში, კოლბაში არსებულ რეაქციებსა და მათ მოდელირებისთვის გამოყენებულ ვირტუალურ სიმულაციებს შორის უფსკრულის შემცირებით.„ჩვენ იმ ეტაპზე ვართ, როდესაც შეგვიძლია დავიწყოთ კითხვების დასმა იმის შესახებ, თუ რა აკლია ჩვენს თეორიულ მეთოდებსა თუ მოდელებს, რაც გვაახლოებს იმასთან, რასაც ექსპერიმენტი გვეუბნება, რომ არის რეალური“, ტერეზა ვინდუსი, გამოთვლითი ქიმიკოსი აიოვაში. სახელმწიფო უნივერსიტეტი და პროექტი ხელმძღვანელობენ Exascale Computing Project-ს, განუცხადეს C&EN-ს სექტემბერში.ეგზასკალის კომპიუტერებზე გაშვებული სიმულაციები შეიძლება დაეხმარონ ქიმიკოსებს საწვავის ახალი წყაროების გამოგონებაში და ახალი კლიმატისადმი მდგრადი მასალების შემუშავებაში.
ქვეყნის მასშტაბით, კალიფორნიის მენლო პარკში, SLAC ეროვნული ამაჩქარებლის ლაბორატორია ინსტალაციას ახდენსsupercool განახლებულია Linac თანმიმდევრული სინათლის წყაროზე (LCLS)რაც საშუალებას მისცემს ქიმიკოსებს უფრო ღრმად შეხედონ ატომებისა და ელექტრონების ულტრასწრაფ სამყაროს.დაწესებულება აგებულია 3 კმ ხაზოვან ამაჩქარებელზე, რომლის ნაწილები გაცივებულია თხევადი ჰელიუმით 2 კ-მდე, რათა წარმოქმნას სუპერნათელი, სუპერსწრაფი სინათლის წყარო, რომელსაც ეწოდება რენტგენის თავისუფალი ელექტრონის ლაზერი (XFEL).ქიმიკოსებმა გამოიყენეს ინსტრუმენტების ძლიერი იმპულსები მოლეკულური ფილმების გადასაღებად, რამაც მათ საშუალება მისცა უყუროთ უამრავი პროცესს, როგორიცაა ქიმიური ბმების წარმოქმნა და ფოტოსინთეზური ფერმენტები, რომლებიც მუშაობენ.„ფემტოწამში, თქვენ შეგიძლიათ ნახოთ ატომები უძრავად დგანან, ცალკეული ატომური ბმები იშლება“, - განუცხადა C&EN ივლისში, ლეორა დრესელჰაუს-მარაისმა, მასალების მეცნიერმა სტენფორდის უნივერსიტეტსა და SLAC-ში ერთობლივი დანიშვნებით.LCLS-ის განახლებები ასევე საშუალებას მისცემს მეცნიერებს უკეთ დაარეგულირონ რენტგენის სხივების ენერგია, როდესაც ახალი შესაძლებლობები ხელმისაწვდომი გახდება მომავალი წლის დასაწყისში.
კრედიტი: SLAC National Accelerator Laboratory
SLAC National Accelerator Laboratory-ის რენტგენის ლაზერი აგებულია 3 კმ ხაზოვან ამაჩქარებელზე მენლო პარკში, კალიფორნია.
ამ წელს მეცნიერებმა ასევე დაინახეს, თუ რამდენად ძლიერი შეიძლება ყოფილიყო დიდი ხნის ნანატრი ჯეიმს უების კოსმოსური ტელესკოპი (JWST) გამოსავლენად.ჩვენი სამყაროს ქიმიური სირთულე.NASA-მ და მისმა პარტნიორებმა - ევროპის კოსმოსურმა სააგენტომ, კანადის კოსმოსურმა სააგენტომ და კოსმოსური ტელესკოპის სამეცნიერო ინსტიტუტმა - უკვე გამოაქვეყნეს ათობით სურათი, ვარსკვლავური ნისლეულების კაშკაშა პორტრეტებიდან უძველესი გალაქტიკების თითის ანაბეჭდებამდე.10 მილიარდი დოლარის ინფრაწითელი ტელესკოპი მორთულია სამეცნიერო ინსტრუმენტების კომპლექტებით, რომლებიც შექმნილია ჩვენი სამყაროს ღრმა ისტორიის შესასწავლად.ათწლეულების განმავლობაში, JWST-მა უკვე გადააჭარბა თავისი ინჟინრების მოლოდინებს, გადაიღო მორევი გალაქტიკის სურათი, როგორც ის 4,6 მილიარდი წლის წინ გამოჩნდა, ჟანგბადის, ნეონის და სხვა ატომების სპექტროსკოპიული ნიშნებით.მეცნიერებმა ასევე გაზომეს ორთქლიანი ღრუბლებისა და ნისლის ნიშნები ეგზოპლანეტაზე, რაც საშუალებას მისცემს ასტრობიოლოგებს დაეხმარონ დედამიწის მიღმა პოტენციურად სასიცოცხლო სამყაროების ძიებაში.
გამოქვეყნების დრო: თებ-07-2023