211service.com
Iš nanomedžiagų pagamintų konstrukcijų projektavimas
Sudėtingų struktūrų kūrimas iš nanodalelių ar polimerų, nesvarbu, ar tai būtų fotoniniai skaičiavimai, ar saulės elementai, paprastai reikalauja daug brangių ir daug laiko reikalaujančių bandymų ir klaidų laboratorijoje. Teoretikai tikisi supaprastinti procesą kurdami kompiuterinius modelius, kurie generuos receptus, kurie visada bus tinkami, tačiau iki šiol jų sukurti buvo per sudėtingi, kad juos būtų galima įgyvendinti laboratorijoje. Dabar, tikėdamiesi, kad šie algoritmai bus naudingi chemikams, „Microsoft“ kompiuterių mokslininkai supaprastino modelį, kuris kuria savarankiškai surenkamų medžiagų receptus.
Dalelių pakavimas: „Microsoft“ tyrėjų sukurti algoritmai numato, kokios turi būti jėgos tarp dalelių grupės, kad jos galėtų susiburti į tam tikrą struktūrą, pavyzdžiui, glaudžiai supakuotą kubą.
Nauji „Microsoft“ modeliai, aprašyti šią savaitę Nacionalinės mokslų akademijos darbai , skirtos paspartinti naujų savarankiškai surenkamų konstrukcijų projektavimą. Taikydami bandymus ir klaidas, medžiagų mokslininkai panaudojo nanodaleles, kad sukurtų struktūras pagal vadinamąją mezoskalę. Šie tvarkingi nanomastelio dalelių išdėstymai gali turėti nepaprastų optinių, elektrinių ir kitų savybių, tačiau juos sunku sukurti. Teorijos labai trūksta, sako Mila Boncheva, vyresnioji Firmenich mokslininkė Ženevoje, suvaidinusi svarbų vaidmenį ankstyvuosiuose tokio savarankiško surinkimo tyrimuose Harvardo universitete. Tai, ką žmonės šiuo metu daro dizaino srityje, dažniausiai yra bandymai ir klaidos, pagrįstos sveiku protu. Teorinis modelis skirtas padėti medžiagų mokslininkams daug greičiau išsiaiškinti, kokios medžiagos ir sąlygos yra tinkamos tam tikros konstrukcijos savaiminiam surinkimui.
Jei turite omenyje formą ar formą, modelis jums pasakys, kaip ją gauti, sako Henris Cohnas , vyriausiasis mokslo darbuotojas „Microsoft Research New England“. , kuris vadovavo darbui su MIT matematikos docentu Abhinavas Kumaras . Mezoskalėje struktūrizuotų medžiagų savybes didžiąja dalimi lemia tai, kaip atskiri komponentai, nesvarbu, ar tai polimerai, ar nanodalelės, yra išdėstyti vienas kito atžvilgiu. Pavyzdžiui, sidabro nanodalelės, plūduriuojančios tirpale, skirtingai atspindi šviesą, priklausomai nuo to, kaip arti jos yra supakuotos – šis principas naudojamas kuriant fotoninio skaičiavimo įrenginius.
Nesvarbu, ar dalelės susiburs į tam tikrą struktūrą, priklauso nuo jėgų tarp jų. Pavyzdžiui, elektros krūviai atlieka ypač svarbų vaidmenį nustatant, ar dvi dalelės pritrauks ar atstums viena kitą. „Microsoft“ modelis sukuria žemėlapį, kokio stiprumo turi būti šios jėgos. Tai yra, kokia turėtų būti potenciali energija tarp kiekvienos dalelės ir jos kaimynų? Šie modeliai vadinami potencialiomis funkcijomis.
Sukurti galimas funkcijas [kompiuteryje] lengva, o realiai jas generuoti tikrai labai sunku, sako George'as Whitesidesas , Harvardo universiteto chemijos profesorius ir savarankiško surinkimo pradininkas. Norint sukurti šias jėgas, reikia išsiaiškinti, kokios dalelių modifikacijos – tarkime, pridedant daugiau teigiamai įkrautų grupių prie polimerų – sukurs atitinkamas jėgas tarp atskirų dalelių ir lems norimos struktūros surinkimą.
Cohnas sako, kad jo darbo tikslas yra įveikti šią atotrūkį tarp teorijos ir tikrovės. Ankstesnėse šių algoritmų versijose buvo sukurtos labai sudėtingos šių struktūrų sudarymo instrukcijos, kuriose nurodyta, kad norint surinkti struktūrą reikia atitikti labai daug parametrų. Jei jums leidžiama atlikti sudėtingas galimas funkcijas, galite atlikti sudėtingus dalykus ir sukurti nuostabių medžiagų kompiuteryje, sako jis. Dabar teoretikams kyla klausimas, Cohno teigimu, ar galime pasiekti daugiau naudodami paprastesnes sąveikas?
„Microsoft“ ir MIT mokslininkai žengė svarbų žingsnį šio supaprastinimo link Salvatore Torquato , Prinstono medžiagų mokslo ir technologijos instituto chemijos profesorius. Jų modeliams reikalingas daug mažesnis šių potencialo ir energijos santykių skaičius nei ankstesniems. Tai nuo labai hipotetinio iki kažko realesnio, kurį galima pagaminti laboratorijoje, sako Torquato. „Microsoft“ modelio sudėtingumas iš dalies atsiranda dėl informacijos teorijos idėjų.
Kitas žingsnis yra dirbti su chemikais, kad būtų sukurta viena iš šių numatytų struktūrų laboratorijoje. Manau, kad ateities medžiagų mokslas bus atliktas tokiu būdu, Torquato sako apie kompiuterinį modeliavimą. Whitesidesas mano, kad teoretikai vis dar toli nuo tos ateities suvokimo, nes vis dar neaišku, ar Cohno kuriamų funkcijų tipai apskritai gali būti panaudoti savaime susirenkančioms struktūroms kurti, ar bus naudingesnis koks nors kitas teorinis požiūris. . Tačiau dirbti su tokio tipo algoritmais, sako Whitesides, verta tęsti, nes gautas šaukimo atitikmuo padės apibrėžti, ką reikia padaryti, kad jie būtų naudingi.