Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Τελ Αβίβ ανακάλυψαν ότι η πρακτική της επανεκκίνησης ενός υπολογιστή, γνωστή στον τομέα της πληροφορικής, μπορεί να εφαρμοστεί και στη χημεία. Φαίνεται ότι η διακοπή και η επανεκκίνηση επηρεάζει τη δειγματοληψία στις χημικές προσομοιώσεις.
Οι προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής είναι σαν εικονικά μικροσκόπια, επιτρέποντας την ανάλυση της κίνησης όλων των ατόμων σε χημικά, φυσικά και βιολογικά συστήματα, όπως πρωτεΐνες, υγρά και κρύσταλλα. Έχουν εφαρμογές σε διάφορους τομείς, συμπεριλαμβανομένου του σχεδιασμού φαρμάκων, παρέχοντας σημαντικές πληροφορίες για τις διεργασίες που συμβαίνουν σε αυτά τα συστήματα.
Ωστόσο, αυτές οι προσομοιώσεις περιορίζονται σε διεργασίες με ταχύτητες μικρότερες από ένα εκατομμύριο του δευτερολέπτου, πράγμα που σημαίνει ότι δεν μπορούν να περιγράψουν πιο αργές διεργασίες, όπως η δημιουργία μεταλλικών κρυστάλλων. Αυτό το πρόβλημα, γνωστό ως πρόβλημα της χρονικής κλίμακας, αποτελεί μια σημαντική πρόκληση στον τομέα.
Νέες έρευνες που πραγματοποιήθηκαν από μια ομάδα από το Τελ Αβίβ, υπό την καθοδήγηση του διδακτορικού φοιτητή Όφιρ Μπλούμερ σε συνεργασία με τον καθηγητή Σλόμι Ρευβένι και τον δρ. Μπαράκ Χιρσμπεργκ από το Τμήμα Χημείας του Πανεπιστημίου του Τελ Αβίβ, δείχνουν ότι το πρόβλημα της χρονικής κλίμακας μπορεί να ξεπεραστεί μέσω της τυχαίας επανεκκίνησης της προσομοίωσης. Αν κοιτάξουμε επιφανειακά, αυτή η μέθοδος μπορεί να φαίνεται αντιφατική – πως είναι δυνατόν οι προσομοιώσεις να τελειώνουν πιο γρήγορα μετά από μια επανεκκίνηση;
Αποδείχθηκε ότι οι χρόνοι αντίδρασης διαφέρουν σημαντικά μεταξύ των προσομοιώσεων. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι αντιδράσεις συμβαίνουν γρήγορα, ενώ σε άλλες προσομοιώσεις κολλάνε σε ενδιάμεσες καταστάσεις για μεγάλο χρονικό διάστημα. Η επανεκκίνηση εμποδίζει τις προσομοιώσεις να κολλήσουν σε τέτοιες καταστάσεις και συντομεύει τον μέσο χρόνο προσομοίωσης.
Οι ερευνητές συνδύασαν επίσης τις επανεκκινήσεις με τη μεταδυναμική, μια δημοφιλή μέθοδο για την επιτάχυνση των προσομοιώσεων αργών χημικών διεργασιών. Αυτή η συνδυασμένη προσέγγιση επιτρέπει μεγαλύτερη επιτάχυνση από οποιαδήποτε μέθοδο μόνη της. Επιπλέον, η μεταδυναμική βασίζεται σε προηγούμενες γνώσεις – οι συντεταγμένες αντίδρασης πρέπει να είναι γνωστές για να επιταχυνθεί η προσομοίωση. Ο συνδυασμός της μεταδυναμικής με τις επανεκκινήσεις μειώνει σημαντικά την εξάρτηση από τις προηγούμενες γνώσεις, εξοικονομώντας χρόνο για τους επαγγελματίες που χρησιμοποιούν αυτήν τη μέθοδο.
Τελικά, οι ερευνητές έχουν δείξει ότι ο συνδυασμός αυτών των δύο μεθόδων οδηγεί σε πιο ακριβείς προβλέψεις για την ταχύτητα των αργών διεργασιών. Τις εφάρμοσαν για να βελτιώσουν τις προσομοιώσεις της πτώσης πρωτεΐνης στο νερό, και αναμένεται ότι θα χρησιμοποιηθούν σε ακόμα μεγαλύτερο αριθμό συστημάτων στο μέλλον.
Συχνές Ερωτήσεις:
1. Ποια ανακάλυψη έγινε από τους ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Τελ Αβίβ;
Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η πρακτική της επανεκκίνησης ενός υπολογιστή μπορεί να εφαρμοστεί στη χημεία, επηρεάζοντας τη δειγματοληψία στις χημικές προσομοιώσεις.
2. Τι είναι οι προσομοιώσεις μολυβικής δυναμικής;
Οι προσομοιώσεις μολυβικής δυναμικής επιτρέπουν την ανάλυση της κίνησης των ατόμων σε χημικά, φυσικά και βιολογικά συστήματα. Έχουν εφαρμογές σε τομείς όπως ο σχεδιασμός φαρμάκων.
3. Ποια προβλήματα υπάρχουν στις χημικές προσομοιώσεις;
Οι χημικές προσομοιώσεις περιορίζονται σε διεργασίες με ταχύτητες μικρότερες από ένα εκατομμύριο του δευτερολέπτου, πράγμα που τις καθιστά αδύνατες να περιγράψουν πιο αργές διεργασίες. Αυτό το πρόβλημα είναι γνωστό ως πρόβλημα της χρονικής κλίμακας.
4. Πώς ξεπέρασαν το πρόβλημα της χρονικής κλίμακας οι ερευνητές από το Τελ Αβίβ;
Οι ερευνητές έδειξαν ότι οι επανεκκινήσεις και ο συνδυασμός τους με την μεταδυναμική μπορούν να ξεπεράσουν το πρόβλημα της χρονικής κλίμακας με το να συντομεύουν τον χρόνο προσομοίωσης.
5. Πώς επηρεάζει η επανεκκίνηση των προσομοιώσεων τους χρόνους αντίδρασης;
Η επανεκκίνηση των προσομοιώσεων εμποδίζει τις προσομοιώσεις να κολλήσουν σε ενδιάμεσες καταστάσεις, μειώνοντας έτσι τον μέσο χρόνο προσομοίωσης. Οι χρόνοι αντίδρασης διαφέρουν μεταξύ των προσομοιώσεων.
6. Ποια είναι τα πλεονεκτήματα του συνδυασμού της μεταδυναμικής με τις επανεκκινήσεις;
Ο συνδυασμός αυτών των δύο μεθόδων παρέχει μεγαλύτερη επιτάχυνση στις προσομοιώσεις αργών χημικών διεργασιών. Επιπλέον, μειώνει την εξάρτηση από τις προηγούμενες γνώσεις, εξοικονομώντας χρόνο για τους επαγγελματίες που χρησιμοποιούν αυτήν τη μέθοδο.
7. Ποιες προβλέψεις μπορούν να γίνουν με τον συνδυασμό αυτών των μεθόδων;
Ο συνδυασμός αυτών των μεθόδων οδηγεί σε πιο ακριβείς προβλέψεις για την ταχύτητα αργών χημικών διεργασιών, όπως η πτώση πρωτεΐνης στο νερό.
Ορισμοί:
1. Προσομοιώσεις μολυβικής δυναμικής – μια μέθοδος για την ανάλυση της κίνησης των ατόμων σε χημικά, φυσικά και βιολογικά συστήματα, επιτρέποντας μια λεπτομερή εξέταση στο μοριακό επίπεδο.
2. Πρόβλημα της χρονικής κλίμακας – ένα πρόβλημα όπου οι χημικές προσομοιώσεις περιορίζονται σε διεργασίες με ταχύτητες μικρότερες από ένα εκατομμύριο του δευτερολέπτου, αποτρέποντας την περιγραφή αργότερων διεργασιών.
3. Μεταδυναμική – μια μέθοδος για την επιτάχυνση των προσομοιώσεων αργών χημικών διεργασιών προσθέτοντας πρόσθετες πληροφορίες για προηγούμενα ληφθέντα συντεταγμένα αντίδρασης.
Συνδέσεις:
1. Πανεπιστήμιο του Τελ Αβίβ – Επίσημη ιστοσελίδα του Πανεπιστημίου του Τελ Αβίβ.
2. Καθηγητής Σλόμι Ρευβένι – Σελίδα του καθηγητή Σλόμι Ρευβένι στο Πανεπιστήμιο του Τελ Αβίβ.
3. Open Yediot Campus – Διαδικτυακή πλατφόρμα του Πανεπιστημίου του Τελ Αβίβ που παρέχει δωρεάν μαθήματα και διαλέξεις.
The source of the article is from the blog japan-pc.jp