AI mengurangi waktu komputasi yang diperlukan untuk mempelajari nasib molekul yang terpapar cahaya
Machine

AI mengurangi waktu komputasi yang diperlukan untuk mempelajari nasib molekul yang terpapar cahaya


Representasi status tereksitasi berbasis struktur elektronik pembelajaran mesin dari sebuah molekul yang merespons cahaya, disertai dengan logo PySurf. Kredit: Lab Faraji, Universitas Groningen

Proses yang diinduksi cahaya sangat penting dalam teknologi transformatif seperti pemanenan energi matahari, serta dalam bahan fotomedis dan fotoresponif. Studi teoritis tentang dinamika proses yang diinduksi foto memerlukan banyak kalkulasi struktur elektronik, yang secara komputasi mahal. Ilmuwan dari Universitas Groningen mengembangkan algoritma berbasis pembelajaran mesin, yang mengurangi perhitungan ini secara signifikan. Paket perangkat lunak Open Source yang mereka kembangkan, PySurf, disajikan dalam makalah di Jurnal Teori dan Perhitungan Kimia pada 24 November.

Bagaimana molekul berperilaku ketika terkena cahaya? Pengetahuan tentang proses ini tidak hanya penting bagi proses penting di alam, seperti fotosintesis dan produksi vitamin D, tetapi juga penting untuk desain rasional molekul baru dengan sifat fotoresponif spesifik.

Pembelajaran mesin

Namun, meskipun ada kemajuan besar dalam perangkat keras dan metode komputasi, perhitungan interaksi antara cahaya dan molekul masih menjadi tantangan, jelas Shirin Faraji, Profesor Madya dalam Kimia Teoritis, penulis utama makalah ini. “Perhitungan struktur elektronik tingkat tinggi sudah sangat mahal untuk molekul berukuran sedang, kromofor tipikal memiliki sekitar tiga puluh atom berat.” Menyertakan pengaruh lingkungan pada tingkat mekanika kuantum pada sistem semacam itu secara praktis tidak mungkin.

“Perangkat lunak saat ini mencari seluruh ruang konformasi, tetapi kami menggunakan pembelajaran mesin untuk mengecualikan bagian dari pencarian ruang konformasi ini, menjadikannya pencarian yang sangat cerdas,” Faraji menjelaskan. “Perangkat lunak kami, oleh karena itu, membutuhkan beberapa kali lipat lebih sedikit waktu komputasi daripada perangkat lunak dinamika langsung yang ada.” Di koran, para pengembang melaporkan fotodinamika dua molekul patokan, SO2 dan pirazin, dan menunjukkan bahwa hasilnya sebanding dengan yang diperoleh dengan menggunakan simulasi yang seluruhnya didasarkan pada dinamika kuantum.

Kimia kuantum

Lebih lanjut, paket perangkat lunak dikembangkan dari awal dan mudah diadaptasi untuk tujuan tertentu, misalnya dengan menggunakan mesin plug-in dan alur kerja. Faraji berkomentar, “Seorang mahasiswa Ph.D. dapat dengan mudah menggali kode dan mengembangkan algoritme tertentu, misalnya, algoritme berbasis jaringan saraf baru.”

Faraji menyumbangkan kode ke beberapa paket perangkat lunak, terutama Q-Chem, salah satu program perangkat lunak kimia kuantum terkemuka di dunia, dan saat ini menjadi anggota Dewan Direksi Q-Chem. Paket PySurf baru akan berinteraksi dengan Q-Chem, tetapi juga dengan perangkat lunak struktur elektronik lainnya. PySurf adalah Open Source, yang berarti tersedia sebagai unduhan gratis bersama dengan manual, dan tim Faraji akan memberikan dukungan untuk pengguna.

Rilis pertama

Perangkat lunak PySurf adalah hasil dari proyek yang didanai oleh hibah pribadi kepada Faraji dari program Vidi Dutch Research Council (NWO). Faraji menyimpulkan, “Kami hanya satu setengah tahun dalam proyek lima tahun ini. Jadi, versi saat ini hanyalah rilis pertama. Kami terus mengerjakan program untuk mengoptimalkannya dan membuat antarmuka yang ramah pengguna.”


Pembelajaran mesin mempercepat penghitungan kimia kuantum


Informasi lebih lanjut:
Maximilian FSJ Menger et al, PySurf: Sebuah Kerangka untuk Database Accelerated Direct Dynamics, Jurnal Teori dan Perhitungan Kimia (2020). DOI: 10.1021 / acs.jctc.0c00825

Disediakan oleh Universitas Groningen

Kutipan: AI mengurangi waktu komputasi yang diperlukan untuk mempelajari nasib molekul yang terpapar cahaya (2020, 1 Desember), diakses 1 Desember 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-12-ai-required-fate-molecules-exposed.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Result SGP