Piranti-piranti gedhe ngembangake kimia gedhe ing taun 2022. Set data raksasa lan instrumen kolosal mbantu para ilmuwan ngatasi kimia kanthi skala raksasa taun iki.

Piranti-piranti gedhe ngembangake kimia gedhe ing taun 2022

Set data raksasa lan instrumen kolosal mbantu para ilmuwan ngatasi kimia kanthi skala raksasa taun iki

deningAriana Remmel

Kredit: Fasilitas Komputasi Kepemimpinan Oak Ridge ing ORNL

Superkomputer Frontier ing Laboratorium Nasional Oak Ridge minangka mesin generasi anyar sing pertama sing bakal mbantu para ahli kimia nindakake simulasi molekuler sing luwih kompleks tinimbang sadurunge.

Para ilmuwan nggawe panemuan gedhe nganggo piranti sing ukurane gedhe banget ing taun 2022. Kanthi adhedhasar tren kecerdasan buatan sing kompeten sacara kimia, para peneliti nggawe langkah gedhe, mulang komputer kanggo prédhiksi struktur protein kanthi skala sing durung tau ana sadurunge. Ing wulan Juli, perusahaan duweke Alphabet, DeepMind, nerbitake database sing ngemot strukturmeh kabeh protein sing dikenal—luwih saka 200 yuta protein individu saka luwih saka 100 yuta spesies—kaya sing diprediksi dening algoritma pembelajaran mesin AlphaFold. Banjur, ing wulan November, perusahaan teknologi Meta nduduhake kemajuane ing teknologi prediksi protein nganggo algoritma AI sing diaraniESMFoldIng panliten pracetak sing durung ditinjau dening rekan sejawat, para peneliti Meta nglaporake yen algoritma anyare ora seakurat AlphaFold nanging luwih cepet. Kacepetan sing tambah akeh tegese para peneliti bisa prédhiksi 600 yuta struktur mung sajrone 2 minggu (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).

Para ahli biologi ing Fakultas Kedokteran Universitas Washington (UW) lagi mbantungembangake kemampuan biokimia komputer ngluwihi cithakan alamkanthi mulang mesin kanggo ngusulake protein sing digawe khusus saka awal. David Baker saka UW lan timnya nggawe alat AI anyar sing bisa ngrancang protein kanthi cara ningkatake kanthi iteratif ing pitunjuk prasaja utawa kanthi ngisi kesenjangan antarane bagean sing dipilih saka struktur sing wis ana (Ilmu pengetahuan2022, DOI:10.1126/sains.abn2100Tim kasebut uga miwiti program anyar, ProteinMPNN, sing bisa diwiwiti saka desain bentuk 3D lan rakitan pirang-pirang subunit protein banjur nemtokake urutan asam amino sing dibutuhake kanggo nggawe kanthi efisien (Ilmu pengetahuan2022, DOI:10.1126/sains.add2187;10.1126/sains.add1964Algoritma sing cerdas sacara biokimia iki bisa mbantu para ilmuwan nggawe cetak biru kanggo protein buatan sing bisa digunakake ing biomaterial lan obat-obatan anyar.

Kredit: Ian C. Haydon/Institut Desain Protein UW

Algoritma pembelajaran mesin mbantu para ilmuwan ngripta protein anyar kanthi fungsi tartamtu.

Nalika ambisi ahli kimia komputasi saya tambah, komputer sing digunakake kanggo simulasi jagad molekuler uga saya tambah. Ing Laboratorium Nasional Oak Ridge (ORNL), para ahli kimia bisa ndeleng sekilas salah sawijining superkomputer paling kuat sing tau digawe.Superkomputer exascale ORNL, Frontier, kalebu mesin pisanan sing ngetung luwih saka 1 kuintiliun operasi ngambang per detik, unit aritmatika komputasi. Kacepetan komputasi kasebut kira-kira kaping telu luwih cepet tinimbang juara bertahan, superkomputer Fugaku ing Jepang. Ing taun ngarep, rong laboratorium nasional liyane ngrencanakake debut komputer exascale ing AS. Daya komputer sing gedhe banget saka mesin-mesin canggih iki bakal ngidini para ahli kimia kanggo simulasi sistem molekuler sing luwih gedhe lan ing skala wektu sing luwih dawa. Data sing diklumpukake saka model kasebut bisa mbantu para peneliti ngluwihi wates apa sing bisa ditindakake ing kimia kanthi nyempitake kesenjangan antarane reaksi ing labu lan simulasi virtual sing digunakake kanggo model. "Kita ana ing titik ing ngendi kita bisa miwiti takon babagan apa sing ilang saka metode utawa model teoretis kita sing bakal nggawa kita luwih cedhak karo apa sing dicritakake eksperimen minangka nyata," ujare Theresa Windus, ahli kimia komputasi ing Iowa State University lan pimpinan proyek karo Exascale Computing Project, marang C&EN ing wulan September. Simulasi sing dilakokake ing komputer exascale bisa mbantu para ahli kimia nemokake sumber bahan bakar anyar lan ngrancang bahan anyar sing tahan iklim.

Ing saindenging negara, ing Menlo Park, California, Laboratorium Akselerator Nasional SLAC lagi masangPeningkatan super keren kanggo Linac Coherent Light Source (LCLS)sing bisa ngidini para ahli kimia nyinaoni luwih jero babagan jagad atom lan elektron sing ultra cepet. Fasilitas iki dibangun ing akselerator linier 3 km, sing bagean-bagean didinginkan nganggo helium cair nganti 2 K, kanggo ngasilake jinis sumber cahya super cepet lan super terang sing diarani laser elektron bebas sinar-X (XFEL). Para ahli kimia wis nggunakake pulsa kuat instrumen kasebut kanggo nggawe film molekuler sing ngidini dheweke nonton macem-macem proses, kayata pembentukan ikatan kimia lan enzim fotosintesis sing bisa digunakake. "Ing kilat femtodetik, sampeyan bisa ndeleng atom mandheg, ikatan atom tunggal pedhot," ujare Leora Dresselhaus-Marais, ilmuwan material kanthi janjian gabungan ing Universitas Stanford lan SLAC, marang C&EN ing wulan Juli. Peningkatan LCLS uga bakal ngidini para ilmuwan nyetel energi sinar-X kanthi luwih apik nalika kemampuan anyar kasedhiya awal taun ngarep.

Kredit: Laboratorium Akselerator Nasional SLAC

Laser sinar-X saka Laboratorium Akselerator Nasional SLAC dibangun ing ndhuwur akselerator linier 3 km ing Menlo Park, California.

Taun iki, para ilmuwan uga weruh sepira kuate Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) sing wis suwe ditunggu-tunggu kanggo mbukakkompleksitas kimia saka jagad raya kitaNASA lan mitra-mitrane—Badan Antariksa Eropa, Badan Antariksa Kanada, lan Institut Ilmu Teleskop Antariksa—wis ngrilis puluhan gambar, wiwit saka potret nebula lintang sing nggumunake nganti sidik jari unsur galaksi kuna. Teleskop inframerah senilai $10 milyar iki dilengkapi karo piranti ilmiah sing dirancang kanggo njelajah sejarah jagad raya sing jero. Sajrone pirang-pirang dekade digawe, JWST wis ngluwihi pangarepan para insinyur kanthi njupuk gambar galaksi sing muter kaya sing katon 4,6 milyar taun kepungkur, lengkap karo tandha spektroskopi oksigen, neon, lan atom liyane. Para ilmuwan uga ngukur tandha mega sing panas lan kabut ing eksoplanet, nyedhiyakake data sing bisa mbantu para astrobiologis nggoleki jagad sing bisa dipanggoni ing njaba Bumi.