Nicht nur in der Informationstechnologie: Neustart funktioniert auch bei chemischen Simulationen
Die innovative Art, chemische Simulationen zu beschleunigen: Zurücksetzen
Eine neue Studie der Universität Tel Aviv hat herausgefunden, dass ein bekanntes Verfahren aus der Informationstechnologie auch in der Chemie angewendet werden kann. Die Forscher fanden heraus, dass man zur Verbesserung der Probenahme bei chemischen Simulationen nur anhalten und neu starten muss.
(Von links nach rechts): Prof. Shlomi Reuveni, Ph.D. Student Ofir Blumer & Dr. Barak Hirshberg.
Courtesy of Tel Aviv University
Die Forschung wurde von Doktorand Ofir Blumer in Zusammenarbeit mit Professor Shlomi Reuveni und Dr. Barak Hirshberg von der Sackler School of Chemistry der Universität Tel Aviv geleitet. Die Studie wurde in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Die Forscher erklären, dass Molekulardynamiksimulationen wie ein virtuelles Mikroskop sind. Sie verfolgen die Bewegung aller Atome in chemischen, physikalischen und biologischen Systemen wie Proteinen, Flüssigkeiten und Kristallen. Sie bieten Einblicke in verschiedene Prozesse und haben verschiedene technologische Anwendungen, einschließlich der Entwicklung von Medikamenten. Diese Simulationen sind jedoch auf Prozesse beschränkt, die langsamer als eine Millionstel Sekunde ablaufen, und können daher keine langsameren Prozesse wie die Proteinfaltung und Kristallkeimbildung beschreiben. Diese Einschränkung, die als Zeitskalenproblem bekannt ist, stellt eine große Herausforderung in diesem Bereich dar.
Ph.D. Student Ofir Blumer: "In unserer neuen Studie zeigen wir, dass das Zeitskalenproblem durch stochastisches Zurücksetzen der Simulationen überwunden werden kann. Das scheint auf den ersten Blick kontraintuitiv - wie können die Simulationen schneller enden, wenn sie neu gestartet werden? Es stellt sich jedoch heraus, dass die Reaktionszeiten zwischen den Simulationen erheblich variieren. In einigen Simulationen laufen die Reaktionen schnell ab, während andere Simulationen lange Zeit in Zwischenzuständen verharren. Das Zurücksetzen verhindert, dass die Simulationen in solchen Zwischenzuständen stecken bleiben, und verkürzt die durchschnittliche Simulationszeit."
Die Forscher kombinierten das stochastische Resetting auch mit der Metadynamik, einer beliebten Methode zur Beschleunigung von Simulationen langsamer chemischer Prozesse. Die Kombination ermöglicht eine größere Beschleunigung als jede Methode für sich. Außerdem ist Metadynamik auf Vorwissen angewiesen: Die Reaktionskoordinaten müssen bekannt sein, um die Simulation zu beschleunigen. Durch die Kombination von Metadynamik und Rückstellung wird die Abhängigkeit vom Vorwissen deutlich verringert, was den Anwendern der Methode Zeit spart. Schließlich zeigten die Forscher, dass die Kombination genauere Vorhersagen über die Geschwindigkeit langsamer Prozesse liefert. Die kombinierte Methode wurde erfolgreich zur Verbesserung von Simulationen der Faltung eines Proteins in Wasser eingesetzt, und es wird erwartet, dass sie in Zukunft auf weitere Systeme angewendet wird.
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
Originalveröffentlichung
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Meistgelesene News
Weitere News von unseren anderen Portalen
Zuletzt betrachtete Inhalte
Start frei für Jülich: Klimaforschungsprojekt mit Lufthansa unterstützt Aufbau einer weltweiten Messinfrastruktur
BASF-Gruppengesellschaft Wintershall und Statoil vereinbaren Asset-Tausch - Unternehmen tauschen Beteiligungen an den Öl- und Gasfeldern Brage, Vega, Gjøa und Edvard Grieg in der Nordsee- Wintershall baut Förderung in Norwegen signifikant aus
High-tech für eine Handvoll Euro: Durchbruch in der Terahertz-Spektroskopie
Rapakiwi
Majak
Fuchs Petrolub rechnet mit weiteren Zuwächsen
Europäische Kompetenzbündelung bei der Entwicklung von Weltklasse-Batterien der nächsten Generation - Durch Vernetzung zur Spitzenleistung
Chemische Industrie ist wichtiger Innovationstreiber für die deutsche Wirtschaft - UN-Nachhaltigkeitsziele ohne Chemie nicht erreichbar
Europäische Kommission erteilt Baxter die Zulassung für KIOVIG zur Behandlung von Immundefekten
LAUDA baut Präsenz in Singapur aus
Analytica 2020 – kostenlos vom Rechner aus - Messe München und LUMITOS setzen das größte virtuelle Labor-Event des Jahres um
