2022లో భారీ కెమిస్ట్రీని అభివృద్ధి చేసిన భారీ సాధనాలు భారీ డేటా సెట్‌లు మరియు భారీ సాధనాలు ఈ సంవత్సరం శాస్త్రవేత్తలు రసాయన శాస్త్రాన్ని భారీ స్థాయిలో పరిష్కరించడానికి సహాయపడ్డాయి.

2022లో భారీ రసాయన శాస్త్రాన్ని అభివృద్ధి చేసిన భారీ సాధనాలు

ఈ సంవత్సరం రసాయన శాస్త్రాన్ని భారీ స్థాయిలో పరిష్కరించడానికి శాస్త్రవేత్తలకు భారీ డేటా సెట్‌లు మరియు భారీ పరికరాలు సహాయపడ్డాయి

ద్వారాఅరియానా రెమ్మెల్

క్రెడిట్: ORNLలో ఓక్ రిడ్జ్ లీడర్‌షిప్ కంప్యూటింగ్ సౌకర్యం

ఓక్ రిడ్జ్ నేషనల్ లాబొరేటరీలోని ఫ్రాంటియర్ సూపర్ కంప్యూటర్, రసాయన శాస్త్రవేత్తలు గతంలో కంటే సంక్లిష్టమైన పరమాణు అనుకరణలను తీసుకోవడంలో సహాయపడే కొత్త తరం యంత్రాలలో మొదటిది.

2022 లో శాస్త్రవేత్తలు సూపర్ సైజ్డ్ సాధనాలతో పెద్ద ఆవిష్కరణలు చేశారు. రసాయనికంగా సమర్థవంతమైన కృత్రిమ మేధస్సు యొక్క ఇటీవలి ధోరణిపై ఆధారపడి, పరిశోధకులు గొప్ప పురోగతి సాధించారు, అపూర్వమైన స్థాయిలో ప్రోటీన్ నిర్మాణాలను అంచనా వేయడానికి కంప్యూటర్లకు నేర్పించారు. జూలైలో, ఆల్ఫాబెట్ యాజమాన్యంలోని కంపెనీ డీప్‌మైండ్ నిర్మాణాలను కలిగి ఉన్న డేటాబేస్‌ను ప్రచురించిందిదాదాపు అన్ని తెలిసిన ప్రోటీన్లు—100 మిలియన్లకు పైగా జాతుల నుండి 200 మిలియన్లకు పైగా వ్యక్తిగత ప్రోటీన్లు—మెషిన్ లెర్నింగ్ అల్గోరిథం ఆల్ఫాఫోల్డ్ అంచనా వేసినట్లుగా. తరువాత, నవంబర్‌లో, టెక్ కంపెనీ మెటా ప్రోటీన్ ప్రిడిక్షన్ టెక్నాలజీలో తన పురోగతిని AI అల్గోరిథంతో ప్రదర్శించిందిESMఫోల్డ్. ఇంకా పీర్-రివ్యూ చేయని ప్రీప్రింట్ అధ్యయనంలో, మెటా పరిశోధకులు వారి కొత్త అల్గోరిథం ఆల్ఫాఫోల్డ్ అంత ఖచ్చితమైనది కాదని, కానీ వేగవంతమైనదని నివేదించారు. పెరిగిన వేగం అంటే పరిశోధకులు కేవలం 2 వారాల్లో 600 మిలియన్ నిర్మాణాలను అంచనా వేయగలిగారు (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).

యూనివర్శిటీ ఆఫ్ వాషింగ్టన్ (UW) స్కూల్ ఆఫ్ మెడిసిన్‌లోని జీవశాస్త్రవేత్తలు సహాయం చేస్తున్నారుకంప్యూటర్ల జీవరసాయన సామర్థ్యాలను ప్రకృతి నమూనాకు మించి విస్తరించండియంత్రాలకు మొదటి నుండి బెస్పోక్ ప్రోటీన్‌లను ప్రతిపాదించడం నేర్పించడం ద్వారా. UW యొక్క డేవిడ్ బేకర్ మరియు అతని బృందం ఒక కొత్త AI సాధనాన్ని సృష్టించారు, ఇది సాధారణ ప్రాంప్ట్‌లపై పునరావృత్తంగా మెరుగుపరచడం ద్వారా లేదా ఇప్పటికే ఉన్న నిర్మాణంలోని ఎంచుకున్న భాగాల మధ్య అంతరాలను పూరించడం ద్వారా ప్రోటీన్‌లను రూపొందించగలదు (సైన్స్2022, DOI:10.1126/సైన్స్.abn2100). ఈ బృందం ప్రోటీన్MPNN అనే కొత్త ప్రోగ్రామ్‌ను కూడా ప్రారంభించింది, ఇది బహుళ ప్రోటీన్ సబ్‌యూనిట్‌ల రూపకల్పన చేసిన 3D ఆకారాలు మరియు సమావేశాల నుండి ప్రారంభించి, వాటిని సమర్థవంతంగా తయారు చేయడానికి అవసరమైన అమైనో ఆమ్ల శ్రేణులను నిర్ణయించగలదు (సైన్స్2022, DOI:10.1126/సైన్స్.add2187;10.1126/సైన్స్.add1964). ఈ జీవరసాయనపరంగా అవగాహన ఉన్న అల్గోరిథంలు కొత్త బయోమెటీరియల్స్ మరియు ఫార్మాస్యూటికల్స్‌లో ఉపయోగించగల కృత్రిమ ప్రోటీన్ల కోసం బ్లూప్రింట్‌లను నిర్మించడంలో శాస్త్రవేత్తలకు సహాయపడతాయి.

క్రెడిట్: ఇయాన్ సి. హేడాన్/యుడబ్ల్యు ఇన్స్టిట్యూట్ ఫర్ ప్రోటీన్ డిజైన్

మెషిన్ లెర్నింగ్ అల్గోరిథంలు శాస్త్రవేత్తలు నిర్దిష్ట విధులను దృష్టిలో ఉంచుకుని కొత్త ప్రోటీన్లను రూపొందించడంలో సహాయపడుతున్నాయి.

కంప్యూటేషనల్ కెమిస్టుల ఆశయాలు పెరిగేకొద్దీ, పరమాణు ప్రపంచాన్ని అనుకరించడానికి ఉపయోగించే కంప్యూటర్లు కూడా పెరుగుతున్నాయి. ఓక్ రిడ్జ్ నేషనల్ లాబొరేటరీ (ORNL)లో, రసాయన శాస్త్రవేత్తలు ఇప్పటివరకు నిర్మించిన అత్యంత శక్తివంతమైన సూపర్ కంప్యూటర్లలో ఒకదానిని మొదటిసారి చూశారు.ORNL యొక్క ఎక్సాస్కేల్ సూపర్ కంప్యూటర్, ఫ్రాంటియర్, అనేది సెకనుకు 1 క్వింటిలియన్ కంటే ఎక్కువ ఫ్లోటింగ్ ఆపరేషన్లను లెక్కించే మొదటి యంత్రాలలో ఒకటి, ఇది కంప్యూటేషనల్ అంకగణిత యూనిట్. ఆ కంప్యూటింగ్ వేగం జపాన్‌లోని సూపర్ కంప్యూటర్ ఫుగాకు కంటే దాదాపు మూడు రెట్లు వేగంగా ఉంటుంది. వచ్చే ఏడాది, మరో రెండు జాతీయ ప్రయోగశాలలు USలో ఎక్సాస్కేల్ కంప్యూటర్లను ప్రవేశపెట్టాలని యోచిస్తున్నాయి. ఈ అత్యాధునిక యంత్రాల యొక్క అవుట్‌సైజ్ కంప్యూటర్ శక్తి రసాయన శాస్త్రవేత్తలు మరింత పెద్ద పరమాణు వ్యవస్థలను మరియు దీర్ఘ కాల ప్రమాణాలను అనుకరించడానికి అనుమతిస్తుంది. ఆ నమూనాల నుండి సేకరించిన డేటా, ఫ్లాస్క్‌లోని ప్రతిచర్యలు మరియు వాటిని మోడల్ చేయడానికి ఉపయోగించే వర్చువల్ అనుకరణల మధ్య అంతరాన్ని తగ్గించడం ద్వారా రసాయన శాస్త్రంలో సాధ్యమయ్యే వాటి సరిహద్దులను నెట్టడానికి పరిశోధకులకు సహాయపడుతుంది. "మన సైద్ధాంతిక పద్ధతులు లేదా నమూనాల నుండి ఏమి లేదు అనే దాని గురించి మనం నిజంగా ప్రశ్నలు అడగడం ప్రారంభించగల దశలో ఉన్నాము, అది ఒక ప్రయోగం మనకు నిజమైనదని చెబుతున్న దానికి దగ్గరగా ఉంటుంది" అని అయోవా స్టేట్ యూనివర్శిటీలోని కంప్యూటేషనల్ కెమిస్ట్ మరియు ఎక్సాస్కేల్ కంప్యూటింగ్ ప్రాజెక్ట్‌తో ప్రాజెక్ట్ లీడ్ థెరిసా విండస్ సెప్టెంబర్‌లో C&ENతో అన్నారు. ఎక్సాస్కేల్ కంప్యూటర్లపై నడిచే సిమ్యులేషన్లు రసాయన శాస్త్రవేత్తలకు కొత్త ఇంధన వనరులను కనిపెట్టడానికి మరియు కొత్త వాతావరణ-స్థితిస్థాపక పదార్థాలను రూపొందించడానికి సహాయపడతాయి.

దేశవ్యాప్తంగా, కాలిఫోర్నియాలోని మెన్లో పార్క్‌లో, SLAC నేషనల్ యాక్సిలరేటర్ లాబొరేటరీ ఏర్పాటు చేయబడుతోందిలినాక్ కోహెరెంట్ లైట్ సోర్స్ (LCLS) కు సూపర్ కూల్ అప్‌గ్రేడ్‌లుఇది రసాయన శాస్త్రవేత్తలు అణువులు మరియు ఎలక్ట్రాన్ల యొక్క అతి వేగవంతమైన ప్రపంచంలోకి లోతుగా పరిశీలించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. ఈ సౌకర్యం 3 కి.మీ లీనియర్ యాక్సిలరేటర్‌పై నిర్మించబడింది, దీని భాగాలను 2 K వరకు ద్రవ హీలియంతో చల్లబరుస్తారు, ఇది X-రే ఫ్రీ-ఎలక్ట్రాన్ లేజర్ (XFEL) అని పిలువబడే ఒక రకమైన సూపర్‌రైట్, సూపర్‌ఫాస్ట్ కాంతి మూలాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. రసాయన శాస్త్రవేత్తలు ఈ పరికరాల శక్తివంతమైన పల్స్‌లను ఉపయోగించి పరమాణు చలనచిత్రాలను తయారు చేశారు, ఇవి రసాయన బంధాలు ఏర్పడటం మరియు కిరణజన్య సంయోగక్రియ ఎంజైమ్‌లు పనిచేయడం వంటి అనేక ప్రక్రియలను చూడటానికి వీలు కల్పించాయి. "ఫెమ్టోసెకండ్ ఫ్లాష్‌లో, మీరు అణువులు స్థిరంగా నిలబడటం, ఒకే అణు బంధాలు విరిగిపోవడాన్ని చూడవచ్చు" అని స్టాన్‌ఫోర్డ్ విశ్వవిద్యాలయం మరియు SLACలో ఉమ్మడి నియామకాలతో ఉన్న మెటీరియల్ శాస్త్రవేత్త లియోరా డ్రెస్సెల్‌హాస్-మరైస్ జూలైలో C&ENకి చెప్పారు. LCLSకి అప్‌గ్రేడ్‌లు వచ్చే ఏడాది ప్రారంభంలో కొత్త సామర్థ్యాలు అందుబాటులోకి వచ్చినప్పుడు శాస్త్రవేత్తలు X-కిరణాల శక్తిని బాగా ట్యూన్ చేయడానికి కూడా అనుమతిస్తాయి.

క్రెడిట్: SLAC నేషనల్ యాక్సిలరేటర్ లాబొరేటరీ

SLAC నేషనల్ యాక్సిలరేటర్ లాబొరేటరీ యొక్క ఎక్స్-రే లేజర్ కాలిఫోర్నియాలోని మెన్లో పార్క్‌లోని 3 కి.మీ లీనియర్ యాక్సిలరేటర్‌పై నిర్మించబడింది.

ఈ సంవత్సరం, శాస్త్రవేత్తలు చాలా కాలంగా ఎదురుచూస్తున్న జేమ్స్ వెబ్ స్పేస్ టెలిస్కోప్ (JWST) ఎంత శక్తివంతమైనదో కూడా చూశారు, అదిమన విశ్వం యొక్క రసాయన సంక్లిష్టత. NASA మరియు దాని భాగస్వాములు - యూరోపియన్ స్పేస్ ఏజెన్సీ, కెనడియన్ స్పేస్ ఏజెన్సీ మరియు స్పేస్ టెలిస్కోప్ సైన్స్ ఇన్స్టిట్యూట్ - ఇప్పటికే డజన్ల కొద్దీ చిత్రాలను విడుదల చేశాయి, వాటిలో నక్షత్ర నిహారికల అద్భుతమైన చిత్రాల నుండి పురాతన గెలాక్సీల మూలక వేలిముద్రల వరకు ఉన్నాయి. $10 బిలియన్ల ఇన్ఫ్రారెడ్ టెలిస్కోప్ మన విశ్వం యొక్క లోతైన చరిత్రను అన్వేషించడానికి రూపొందించిన శాస్త్రీయ పరికరాల సూట్‌లతో అలంకరించబడింది. దశాబ్దాలుగా తయారీలో ఉన్న JWST, 4.6 బిలియన్ సంవత్సరాల క్రితం కనిపించిన గిరగిరా తిరుగుతున్న గెలాక్సీ చిత్రాన్ని తీయడం ద్వారా దాని ఇంజనీర్ల అంచనాలను ఇప్పటికే అధిగమించింది, ఇది ఆక్సిజన్, నియాన్ మరియు ఇతర అణువుల స్పెక్ట్రోస్కోపిక్ సంతకాలతో పూర్తి చేయబడింది. శాస్త్రవేత్తలు ఒక ఎక్సోప్లానెట్‌పై ఆవిరి మేఘాలు మరియు పొగమంచు యొక్క సంతకాలను కూడా కొలిచారు, ఆస్ట్రోబయాలజిస్టులు భూమికి ఆవల నివాసయోగ్యమైన ప్రపంచాల కోసం శోధించడంలో సహాయపడే డేటాను అందించారు.