Ученые создали предсказатель кристаллических структур, позаимствовав его принцип у природы — Naked Science
6 минут
Сколтех

Ученые создали предсказатель кристаллических структур, позаимствовав его принцип у природы

Исследователи из России придумали, как усовершенствовать алгоритмы предсказания кристаллических структур химических веществ. Теперь открывать новые вещества можно будет гораздо быстрее.

©Wikipedia

Результаты исследования опубликованы в журнале Computer Physics Communications.

Из-за быстрого темпа возникновения новых технологий перед химиками стоит постоянная задача искать и создавать новые вещества и материалы: более прочные, легкие, стабильные, сверхпроводящие. Список инноваций в области материаловедения, необходимых в современном мире, можно продолжать долго. Искать и находить новые вещества непросто. Экспериментально делать это долго и дорого, так как нередко требуются особые условия, сильно отличающиеся от комнатных.

Да и если не знать, где искать, на перебор всех возможных вариантов и поиск хорошего соединения уйдут тысячи лет. На помощь ученым приходят компьютерные технологии, позволяющие точно предсказывать структуры возможных соединений, а потом уже получать их экспериментально.

В 2005 году исследовательская группа под руководством профессора Артема Оганова разработала эволюционный алгоритм USPEX для предсказания кристаллических структур веществ. И это, вероятно, самый успешный алгоритм в этой области на сегодня, используемый несколькими тысячами исследователей по всему миру.

Если USPEX в качестве вводных данных получает информацию об атомах, которые войдут в состав нового вещества, то он не перебирает все возможные варианты, так как у компьютера на это также уйдет очень много времени. Вместо этого алгоритм генерирует небольшое число случайных структур, стабильность которых оценивается, основываясь на энергии взаимодействия между атомами.

Далее химики работают как селекционеры: «скрещивают» получившиеся структуры друг с другом, потом их «потомков» друг с другом — и так далее, пока не найдутся особо стабильные соединения.

В новом исследовании ученые из Сколтеха, МФТИ и Самарского технологического университета под руководством профессора Сколтеха и МФТИ Артема Оганова усовершенствовали первый шаг алгоритма USPEX — генерацию исходных структур. Химики показали, что совсем случайная генерация не очень эффективна, и решили поучиться у природы, создав генератор случайных структур с помощью подсказок, заложенных в структуре уже известных веществ.

Для этого они обратились к базе данных кристаллических структур и «скрестили» развиваемые Огановым подходы с топологическими методами профессора Владислава Блатова из Самары. Известно, что почти все из 200 тысяч известных неорганических соединений принадлежат к трем тысячам топологических типов. Это знание дает возможность сразу генерировать диапазон соединений, содержащий структуру, близкую к искомой. Согласно проведенным тестам разработанный учеными генератор структур позволяет справляться с задачами по предсказанию в три раза быстрее.

«Три тысячи топологических типов получаются из реальных структур путем абстракции. Если попробовать обратную операцию, то по этим трем тысячам типов можно сгенерировать практически все известные структуры и бесконечное число еще не известных, но вполне разумных структур. И это дает великолепную стартовую точку для эволюционного механизма.

Получается, вы начинаете с такой точки, которая, скорее всего, включает область с оптимальным решением, и можно получить его сразу или получить что-то близко лежащее, а потом эволюционный механизм приведет вас к цели», — рассказывает Павел Бушланов, первый автор исследования и сотрудник лаборатории Оганова в Сколтехе.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколтех
173 статей
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Вчера, 18:13
25 минут
Ольга Иванова

Если вы думаете, что вами невозможно манипулировать, то ошибаетесь дважды. Во-первых, манипулировать можно кем угодно. Во-вторых, это означает, что вы ничего не знаете о манипулятивных приемах, не умеете их распознавать, и потому, вероятно, вами манипулируют очень часто. Если, конечно, вы сами от природы не «психологический фокусник».

Вчера, 19:11
6 минут
Василий Парфенов

Человеческое тело обладает потрясающими способностями к адаптации, но даже у них есть границы. И, по мнению авторов нового исследования, тропические области Земли станут слишком жаркими для обитания Homo sapiens уже при превышении среднегодовых температур на 1,5 градуса относительно нынешних значений.

3 часа назад
4 минуты
Ольга Иванова

Новое радиоуглеродное датирование ученых из Бельгии, Нидерландов, Германии и Великобритании показало, что последние неандертальцы исчезли из Европы на тысячи лет раньше, чем считалось до этого.

Вчера, 18:13
25 минут
Ольга Иванова

Если вы думаете, что вами невозможно манипулировать, то ошибаетесь дважды. Во-первых, манипулировать можно кем угодно. Во-вторых, это означает, что вы ничего не знаете о манипулятивных приемах, не умеете их распознавать, и потому, вероятно, вами манипулируют очень часто. Если, конечно, вы сами от природы не «психологический фокусник».

5 марта
5 минут
Илья Ведмеденко

Согласно решению Арбитражного суда Амурской области, строительство стартового комплекса «Ангара» на Восточном должны приостановить. Напомним, стартовый стол создают под тяжелую ракету «Ангара-А5», которую хотят применить для испытаний космического корабля нового поколения.

3 марта
55 минут
Александр Березин

Сочетание сильного мороза и снега — а затем резкого потепления — в метеобюро Москвы объяснили просто: «Наступила другая климатическая эпоха». На Западе вовсе поговаривают про остановку Гольфстрима — то есть намекают, что холодные аномалии зимой в Европе могут стать нормой. Увы, в случившемся в мире этой зимой — что в Москве, что в Техасе — нет абсолютно ничего нового. «Аномальные» холода здесь и там повторяются год за годом. Это следствие одного экзотического, но регулярного события в южных морях. Впрочем, новая климатическая эпоха нас все-таки ждет. И американские ученые считают, что именно из-за нее подушевой ВВП в России вырастет вчетверо. Разбираемся, правы ли они.

26 февраля
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

15 февраля
9 минут
Василий Парфенов

Новость, которую странно публиковать на серьезном научно-популярном портале, но от реальности не убежишь. Уфологи всего мира могут радоваться: американские военные официально признали, что изучали места крушения НЛО и в их распоряжении есть некие аномальные объекты, свойства которых выходят за рамки известных науке материалов.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: