მასიურმა ხელსაწყოებმა 2022 წელს დიდი ქიმია წინ წაწიეს
გიგანტურმა მონაცემთა ნაკრებებმა და კოლოსალურმა ინსტრუმენტებმა წელს მეცნიერებს ქიმიის გიგანტური მასშტაბით დაძლევაში დაეხმარა.
მიერარიანა რემელი
კრედიტი: ოუკ რიჯის ლიდერობის კომპიუტერული ცენტრი ORNL-ში
ოუკ რიჯის ეროვნული ლაბორატორიის Frontier სუპერკომპიუტერი ახალი თაობის მანქანების პირველია, რომელიც ქიმიკოსებს ოდესმე არსებულზე უფრო კომპლექსური მოლეკულური სიმულაციების განხორციელებაში დაეხმარება.
მეცნიერებმა 2022 წელს უზარმაზარი ხელსაწყოების გამოყენებით დიდი აღმოჩენები გააკეთეს. ქიმიურად კომპეტენტური ხელოვნური ინტელექტის ბოლოდროინდელი ტენდენციის გათვალისწინებით, მკვლევარებმა დიდი პროგრესი განიცადეს და კომპიუტერებს უპრეცედენტო მასშტაბით ცილის სტრუქტურების პროგნოზირება ასწავლეს. ივლისში, Alphabet-ის საკუთრებაში არსებულმა კომპანია DeepMind-მა გამოაქვეყნა მონაცემთა ბაზა, რომელიც შეიცავს...თითქმის ყველა ცნობილი ცილა— 200 მილიონზე მეტი ცალკეული ცილა 100 მილიონზე მეტი სახეობიდან — როგორც ეს მანქანური სწავლების ალგორითმმა AlphaFold-მა იწინასწარმეტყველა. შემდეგ, ნოემბერში, ტექნოლოგიურმა კომპანია Meta-მ ცილების პროგნოზირების ტექნოლოგიაში თავისი პროგრესი ხელოვნური ინტელექტის ალგორითმის გამოყენებით, სახელწოდებითESMFold. წინასწარი ბეჭდვის კვლევაში, რომელიც ჯერ არ არის რეცენზირებული, Meta-ს მკვლევრებმა განაცხადეს, რომ მათი ახალი ალგორითმი ისეთივე ზუსტი არ არის, როგორც AlphaFold, მაგრამ უფრო სწრაფია. გაზრდილი სიჩქარე ნიშნავს, რომ მკვლევრებმა 600 მილიონი სტრუქტურის პროგნოზირება მხოლოდ 2 კვირაში შეძლეს (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
ვაშინგტონის უნივერსიტეტის (UW) მედიცინის სკოლის ბიოლოგები ეხმარებიანგააფართოვეთ კომპიუტერების ბიოქიმიური შესაძლებლობები ბუნების შაბლონის მიღმამანქანებს ნულიდან შეკვეთით დამზადებული ცილების შეთავაზების სწავლებით. ვისკონსინის უნივერსიტეტის დევიდ ბეიკერმა და მისმა გუნდმა შექმნეს ახალი ხელოვნური ინტელექტის ინსტრუმენტი, რომელსაც შეუძლია ცილების შექმნა მარტივი მინიშნებების განმეორებითი გაუმჯობესებით ან არსებული სტრუქტურის არჩეულ ნაწილებს შორის არსებული ხარვეზების შევსებით (მეცნიერება2022, DOI:10.1126/science.abn2100). გუნდმა ასევე წარმოადგინა ახალი პროგრამა, ProteinMPNN, რომელსაც შეუძლია დაიწყოს მრავალი ცილოვანი ქვეერთეულის შემუშავებული 3D ფორმებიდან და შეკრებებიდან და შემდეგ განსაზღვროს ამინომჟავების თანმიმდევრობები, რომლებიც საჭიროა მათი ეფექტურად წარმოებისთვის (მეცნიერება2022, DOI:10.1126/science.add2187;10.1126/science.add1964). ეს ბიოქიმიურად გააზრებული ალგორითმები მეცნიერებს დაეხმარება ხელოვნური ცილების სქემების შექმნაში, რომელთა გამოყენებაც ახალ ბიომასალებსა და ფარმაცევტულ პროდუქტებში იქნება შესაძლებელი.
კრედიტი: იან ს. ჰეიდონი/ვირჯინიის უნივერსიტეტთან არსებული ცილების დიზაინის ინსტიტუტი
მანქანური სწავლების ალგორითმები მეცნიერებს კონკრეტული ფუნქციების გათვალისწინებით ახალი ცილების შექმნაში ეხმარება.
გამოთვლითი ქიმიკოსების ამბიციების ზრდასთან ერთად იზრდება მოლეკულური სამყაროს სიმულირებისთვის გამოყენებული კომპიუტერებიც. ოუკ რიჯის ეროვნულ ლაბორატორიაში (ORNL) ქიმიკოსებმა პირველად შეძლეს ოდესმე აგებული ერთ-ერთი ყველაზე მძლავრი სუპერკომპიუტერის ნახვა.ORNL-ის ეგზამასშტაბის სუპერკომპიუტერი, Frontier, ერთ-ერთი პირველი მანქანაა, რომელიც წამში 1 კვინტილიონზე მეტ მცურავ ოპერაციას გამოთვლის, რაც გამოთვლითი არითმეტიკის ერთეულს წარმოადგენს. ეს გამოთვლითი სიჩქარე დაახლოებით სამჯერ აღემატება მოქმედ ჩემპიონს, იაპონიაში არსებულ სუპერკომპიუტერ ფუგაკუს. მომდევნო წელს კიდევ ორი ეროვნული ლაბორატორია გეგმავს აშშ-ში ეგზასკალის კომპიუტერების დებიუტს. ამ ულტრათანამედროვე მანქანების უზარმაზარი კომპიუტერული სიმძლავრე ქიმიკოსებს საშუალებას მისცემს, კიდევ უფრო დიდი მოლეკულური სისტემები უფრო გრძელვადიან პერსპექტივაში სიმულირება მოახდინონ. ამ მოდელებიდან შეგროვებული მონაცემები შეიძლება დაეხმაროს მკვლევარებს ქიმიაში შესაძლო საზღვრების გაფართოებაში, კოლბაში მიმდინარე რეაქციებსა და მათი მოდელირებისთვის გამოყენებულ ვირტუალურ სიმულაციებს შორის არსებული უფსკრულის შემცირებით. „ჩვენ იმ ეტაპზე ვართ, როდესაც შეგვიძლია დავიწყოთ კითხვების დასმა იმის შესახებ, თუ რა აკლია ჩვენს თეორიულ მეთოდებს ან მოდელებს, რაც დაგვაახლოებს იმასთან, რასაც ექსპერიმენტი გვეუბნება, რომ რეალურია“, - განუცხადა C&EN-ს სექტემბერში ტერეზა ვინდუსმა, აიოვას სახელმწიფო უნივერსიტეტის გამოთვლითმა ქიმიკოსმა და ეგზასკალის გამოთვლითი პროექტის პროექტის ხელმძღვანელმა. ეგზამასშტაბის კომპიუტერებზე ჩატარებული სიმულაციები ქიმიკოსებს ახალი საწვავის წყაროების გამოგონებასა და ახალი კლიმატ-მდგრადი მასალების შექმნაში დაეხმარება.
მთელი ქვეყნის მასშტაბით, კალიფორნიის შტატის მენლო პარკში, SLAC-ის ეროვნული ამაჩქარებლის ლაბორატორია ამონტაჟებს...Linac Coherent Light Source (LCLS)-ის სუპერკულური განახლებებიეს ქიმიკოსებს საშუალებას მისცემს, უფრო ღრმად ჩაუღრმავდნენ ატომებისა და ელექტრონების ულტრასწრაფ სამყაროს. ობიექტი აგებულია 3 კილომეტრიან ხაზოვან ამაჩქარებელზე, რომლის ნაწილებიც თხევადი ჰელიუმით 2 კ-მდე გაცივებულია, რათა წარმოქმნას ულტრამკვეთრი, ულტრასწრაფი სინათლის წყარო, რომელსაც რენტგენის თავისუფალი ელექტრონული ლაზერი (XFEL) ეწოდება. ქიმიკოსებმა ინსტრუმენტების ძლიერი იმპულსები გამოიყენეს მოლეკულური ფილმების შესაქმნელად, რამაც მათ საშუალება მისცა, დაკვირვებოდნენ მრავალრიცხოვან პროცესებს, როგორიცაა ქიმიური ბმების წარმოქმნა და ფოტოსინთეზური ფერმენტების მუშაობა. „ფემტოწამიან ციმციმში შეგიძლიათ დაინახოთ, როგორ ჩერდებიან ატომები, როგორ წყდება ცალკეული ატომური ბმები“, - განუცხადა C&EN-ს ივლისში ლეორა დრესელჰაუს-მარემ, მასალათმცოდნემ, რომელიც სტენფორდის უნივერსიტეტში და SLAC-ში ერთობლივად მუშაობდა. LCLS-ის განახლებები ასევე საშუალებას მისცემს მეცნიერებს, უკეთ დაარეგულირონ რენტგენის სხივების ენერგია, როდესაც ახალი შესაძლებლობები ხელმისაწვდომი გახდება მომავალი წლის დასაწყისში.
კრედიტი: SLAC-ის ეროვნული ამაჩქარებლის ლაბორატორია
SLAC-ის ეროვნული ამაჩქარებლების ლაბორატორიის რენტგენის ლაზერი აგებულია კალიფორნიის შტატის მენლო პარკში, 3 კილომეტრიან ხაზოვან ამაჩქარებელზე.
წელს მეცნიერებმა ასევე დაინახეს, თუ რამდენად ძლიერი შეიძლება იყოს დიდი ხნის ნანატრი ჯეიმს ვების კოსმოსური ტელესკოპი (JWST) გამოსავლენად.ჩვენი სამყაროს ქიმიური სირთულეNASA-მ და მისმა პარტნიორებმა - ევროპის კოსმოსურმა სააგენტომ, კანადის კოსმოსურმა სააგენტომ და კოსმოსური ტელესკოპის სამეცნიერო ინსტიტუტმა - უკვე გამოაქვეყნეს ათობით სურათი, ვარსკვლავური ნისლეულების თვალისმომჭრელი პორტრეტებიდან დაწყებული უძველესი გალაქტიკების ელემენტარული ანაბეჭდებით დამთავრებული. 10 მილიარდი დოლარის ღირებულების ინფრაწითელი ტელესკოპი აღჭურვილია სამეცნიერო ინსტრუმენტების ნაკრებით, რომლებიც შექმნილია ჩვენი სამყაროს ღრმა ისტორიის შესასწავლად. ათწლეულების განმავლობაში შექმნილმა JWST-მ უკვე გადააჭარბა თავისი ინჟინრების მოლოდინს, გადაიღო რა მბრუნავი გალაქტიკის სურათი, როგორც ის 4.6 მილიარდი წლის წინ გამოიყურებოდა, ჟანგბადის, ნეონის და სხვა ატომების სპექტროსკოპიული ხელმოწერებით. მეცნიერებმა ასევე გაზომეს ორთქლისებრი ღრუბლებისა და ნისლის ხელმოწერები ეგზოპლანეტაზე, რაც იძლევა მონაცემებს, რომლებიც შეიძლება დაეხმაროს ასტრობიოლოგებს დედამიწის მიღმა პოტენციურად საცხოვრებლად ვარგისი პლანეტების ძიებაში.
გამოქვეყნების დრო: 2023 წლის 7 თებერვალი