211service.com
No nanomateriāliem izgatavotu konstrukciju projektēšana
Sarežģītu struktūru veidošana no nanodaļiņām vai polimēriem neatkarīgi no tā, vai tās ir paredzētas fotoniskajai skaitļošanai vai saules baterijām, laboratorijā parasti ir saistītas ar daudzām dārgām un laikietilpīgām izmēģinājumiem un kļūdām. Teorētiķi cer vienkāršot procesu, izstrādājot datormodeļus, kas ģenerēs receptes, kas vienmēr iznāks pareizi, taču līdz šim viņu izstrādātās ir bijušas pārāk sarežģītas, lai tās realizētu laboratorijā. Tagad, cerot padarīt šos algoritmus noderīgus ķīmiķiem, Microsoft datorzinātnieki ir vienkāršojuši modeli, kas rada receptes pašmontējamiem materiāliem.
Daļiņu iepakošana: Microsoft pētnieku izstrādātie algoritmi paredz, kādiem spēkiem ir jābūt starp daļiņu grupu, lai tās pašas savāctos noteiktā struktūrā, piemēram, cieši saspiestā kubā.
Jaunie Microsoft modeļi, kas šonedēļ aprakstīti Proceedings of the National Academy of Sciences , ir paredzēti, lai paātrinātu jaunu pašmontētu konstrukciju projektēšanu. Izmantojot izmēģinājumus un kļūdas, materiālu zinātnieki ir izmantojuši nanodaļiņas, lai izveidotu struktūras tā sauktajā mezoskalā. Šiem sakārtotajiem nanomēroga daļiņu izkārtojumiem var būt ievērojamas optiskās, elektriskās un citas īpašības, taču tos ir grūti izveidot. Teorijas ļoti pietrūkst, saka Mila Bončeva, vecākā zinātniece no Firmenichas Ženēvā, kurai bija nozīmīga loma Hārvardas universitātes agrīnajos pētījumos par šāda veida paškomplektēšanu. Tas, ko cilvēki pašlaik dara dizaina jomā, lielākoties ir mēģinājumi un kļūdas, kuru pamatā ir veselais saprāts. Teorētiskā modeļa mērķis ir palīdzēt materiālu zinātniekiem daudz ātrāk noskaidrot, kādi ir pareizie materiāli un apstākļi noteiktas struktūras pašmontāžai.
Ja jums ir prātā forma vai forma, modelis jums pateiks, kā to iegūt, saka Henrijs Kons , galvenais pētnieks plkst Microsoft Research New England , kurš vadīja darbu ar MIT matemātikas docentu Abhinavs Kumars . Mezoskalā strukturēto materiālu īpašības lielā mērā nosaka tas, kā atsevišķi komponenti, neatkarīgi no tā, vai tie ir polimēri vai nanodaļiņas, ir izvietoti viens pret otru. Piemēram, sudraba nanodaļiņas, kas peld šķīdumā, atstaro gaismu atšķirīgi atkarībā no tā, cik cieši tās ir iesaiņotas — šis princips tiek izmantots fotoniskās skaitļošanas ierīču projektēšanai.
To, vai daļiņas sapulcēsies noteiktā struktūrā, nosaka spēki starp tām. Piemēram, elektriskajiem lādiņiem ir īpaši liela nozīme, nosakot, vai divas daļiņas viena otru piesaistīs vai atgrūdīs. Microsoft modelis ģenerē karti, cik spēcīgiem šiem spēkiem jābūt. Tas nozīmē, ka, ņemot vērā vēlamo struktūru, kādai jābūt potenciālajai enerģijai starp katru daļiņu un tās kaimiņiem? Šos modeļus sauc par potenciālajām funkcijām.
Ir viegli izstrādāt potenciālās funkcijas [datorā] un patiešām, ļoti grūti tās ģenerēt patiesībā, saka Džordžs Vaitsaids , Hārvardas universitātes ķīmijas profesors un pašmontāžas pionieris. Lai radītu šos spēkus, ir jānoskaidro, kādas daļiņu modifikācijas - teiksim, polimēriem pievienojot vairāk pozitīvi lādētu grupu - radīs atbilstošus spēkus starp atsevišķām daļiņām un novedīs pie vēlamās struktūras montāžas.
Cohn saka, ka viņa darba mērķis ir pārvarēt šo plaisu starp teoriju un realitāti. Iepriekšējās šo algoritmu versijas ir ģenerējušas ļoti sarežģītas instrukcijas šo konstrukciju salikšanai, nosakot, ka ir jāizpilda ļoti liels skaits parametru, lai struktūra tiktu samontēta. Ja jums ir atļauts veikt sarežģītas iespējamās funkcijas, varat veikt sarežģītas lietas un izveidot brīnišķīgus materiālus datorā, viņš saka. Tagad teorētiķu jautājums, Kons saka: vai mēs varam sasniegt vairāk, izmantojot vienkāršākas mijiedarbības?
Microsoft un MIT pētnieki ir spēruši svarīgu soli šīs vienkāršošanas virzienā Salvatore Torquato , Prinstonas Materiālu zinātnes un tehnoloģijas institūta ķīmijas profesors. Viņu modeļiem ir nepieciešams daudz mazāks šo potenciālās un enerģijas attiecību skaits nekā iepriekšējiem. Tas nozīmē, ka tas ir no ļoti hipotētiska uz kaut ko reālāku, ko ražot laboratorijā, saka Torquato. Microsoft modeļa izsmalcinātība daļēji izriet no informācijas teorijas ideju ieviešanas.
Nākamais solis ir strādāt ar ķīmiķiem, lai laboratorijā izveidotu vienu no šīm prognozētajām struktūrām. Es uzskatu, ka nākotnes materiālu zinātne tiks veikta šādā veidā, Torquato saka par datormodelēšanu. Vaitsaids uzskata, ka teorētiķi vēl ir tālu no šīs nākotnes izpratnes, jo joprojām nav skaidrs, vai Kona izstrādātos funkciju veidus vispār var izmantot, lai izveidotu pašmontējošas struktūras, vai arī kāda cita teorētiska pieeja izrādīsies noderīgāka. . Bet strādāt pie šāda veida algoritmiem, saka Vaitsaids, ir vērts turpināt, jo iegūtā kliegšanas atbilstība palīdzēs noteikt, kas jādara, lai tie būtu noderīgi.