অ্যাডভান্সড কম্পিউটেশনাল সফ্টওয়্যারটি চলমান আণবিক সিমুলেশনগুলির অনেকগুলি প্রক্রিয়া স্বয়ংক্রিয় করে কোয়ান্টাম রসায়ন গবেষণাটিকে স্ট্রিমলাইন করছে। এই সফ্টওয়্যার প্যাকেজগুলির জটিল নকশা, তবে প্রায়শই তাদের ব্যবহারকে বিশেষায়িত কম্পিউটিং কৌশলগুলিতে প্রশিক্ষিত তাত্ত্বিক রসায়নবিদদের মধ্যে সীমাবদ্ধ করে।
এমরি বিশ্ববিদ্যালয়ে বিকশিত একটি নতুন ওয়েব প্ল্যাটফর্ম ব্যবহারকারী-বান্ধব চ্যাটবোটের সাথে এই সীমাবদ্ধতাটি অতিক্রম করে।
আণবিক সিমুলেশন স্থাপন এবং দ্রবণে অণুগুলি ভিজ্যুয়ালাইজ করার জন্য চ্যাটবট একটি মাল্টিস্টেপ প্রক্রিয়াটির মাধ্যমে ননএক্সপার্টসকে গাইড করে। এটি চ্যাটিংয়ের মাধ্যমে জটিল কোয়ান্টাম মেকানিকাল সিমুলেশনগুলি কনফিগার এবং সম্পাদন করতে স্নাতক রসায়ন মেজর সহ যে কোনও রসায়নবিদকে সক্ষম করে।
নিখরচায়, সর্বজনীনভাবে উপলভ্য প্ল্যাটফর্ম – যা অটোসলভেটওয়েব নামে পরিচিত – মূলত মেঘ অবকাঠামোতে পরিচালনা করে, পরিশীলিত গণনামূলক গবেষণা সরঞ্জামগুলিতে আরও অ্যাক্সেস প্রসারিত করে।
জার্নাল রাসায়নিক বিজ্ঞান অটোসলভেটওয়েবের জন্য একটি প্রুফ-অফ-কনসেপ্ট প্রকাশ করেছেন, যা এআইয়ের একীকরণের শিক্ষা এবং বৈজ্ঞানিক গবেষণায় একটি গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ চিহ্নিত করে।
অটোসলভেটওয়েবকে নির্দিষ্ট রাসায়নিকের জন্য (একটি দ্রাবক) এবং এটি দ্রবীভূত করার জন্য একটি পদার্থ (দ্রাবক) এর জন্য সিমুলেশন সেট আপ করার জন্য প্রস্তুত করা হয়, যার ফলে একটি দ্রবণ (একটি দ্রাবক) হয়।
সিমুলেশনগুলি 3 ডি চলচ্চিত্রের আকারে সরবরাহ করা হয়।
“এটি কিছুটা মাইক্রোস্কোপের মতো, আপনাকে একটি সমাধানে ইন্টারঅ্যাক্ট করার জন্য অণুগুলির একটি পারমাণবিক স্তরের দৃষ্টিভঙ্গি দেয়,” অটোসলভেটওয়েবের বিকাশের নেতৃত্বে রসায়নের এমরির সহকারী অধ্যাপক ফ্যাং লিউ বলেছেন।
অটোসলভেটওয়েবের বিস্তৃত অ্যাক্সেসযোগ্যতা সমাধানে অণুগুলির আচরণগুলিকে সম্বোধন করে বৃহত, উচ্চ-মানের ডেটাসেটগুলি তৈরি করার জন্য এটি একটি মূল্যবান সরঞ্জাম তৈরি করে। এই জাতীয় ডেটাসেটগুলি পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তি থেকে শুরু করে মানব স্বাস্থ্য পর্যন্ত সমস্ত কিছুতে উদ্ভাবন চালানোর জন্য মেশিন-লার্নিং কৌশল প্রয়োগ করার জন্য একটি ভিত্তি সরবরাহ করে।
“আমাদের লক্ষ্য বৈজ্ঞানিক আবিষ্কারের গতি বাড়াতে সহায়তা করা,” ফ্যাংিং রেন বলেছেন, এর সহ-লেখক রাসায়নিক বিজ্ঞান কাগজ এবং রসায়নের একটি এমরি পিএইচডি শিক্ষার্থী।
প্রাক্তন এমরি গবেষণা বিশেষজ্ঞ রোহিত গ্যাডে কাগজের প্রথম লেখক। অতিরিক্ত সহ-লেখকদের মধ্যে রয়েছে লেচেন ডং, রসায়নের এমরি স্নাতক শিক্ষার্থী; ইয়াও ওয়াং, রসায়ন বিভাগের সহকারী অধ্যাপক; শ্রীলায়া দেবগুপটম, একজন প্রাক্তন এমরি ভিজিটিং পন্ডিত; এবং ক্লেমসন বিশ্ববিদ্যালয়ের প্রাক্তন স্নাতক গবেষণা সহকারী রাজাত মিত্তাল।
জটিল কাজগুলি স্বয়ংক্রিয়
একটি তাত্ত্বিক রসায়নবিদ, লিউ সমাধান পর্যায়ে মডেলিং এবং আণবিক বৈশিষ্ট্য এবং প্রতিক্রিয়াগুলি বোঝানো সহ গণ্য রসায়নে বিশেষজ্ঞ একটি দলকে নেতৃত্ব দেয়।
দ্রবণে একটি অণুর জন্য কোয়ান্টাম রসায়ন প্রোগ্রাম চালানোর আগে দ্রাবক অণুর জ্যামিতি এবং আণবিক সিমুলেশনের মাধ্যমে পার্শ্ববর্তী দ্রাবক অণুগুলির অবস্থান এবং ওরিয়েন্টেশন নির্ধারণ করা প্রয়োজন। এই সিমুলেশনগুলি স্থাপন এবং পরিচালনার প্রক্রিয়াটি জটিল এবং সময়সাপেক্ষ, কতবার গবেষকরা এই জাতীয় গণনা সম্পাদন করতে পারেন তা সীমাবদ্ধ করে।
2022 সালে, লিউ গ্রুপটি অটোসলভেট ডাব করা একটি সিস্টেমের সাথে এই গণনাগুলির অনেকগুলি স্বয়ংক্রিয় করার একটি উপায় তৈরি করেছিল। এই সিস্টেমটি কোডের লাইনগুলি হ্রাস করে যা একটি গণ্য রসায়নবিদকে কয়েকশ লাইন থেকে কয়েক লাইনে সিমুলেশন চালানোর জন্য একটি সুপার কম্পিউটারটিতে প্রবেশ করতে হবে।
আরও অভিজ্ঞ তাত্ত্বিক রসায়নবিদদের দিকে প্রস্তুত কমান্ড-লাইন ইন্টারফেস ছাড়াও, অটোসলভেটে স্নাতক শিক্ষার্থীদের সিমুলেশন চালানো শিখতে উপযুক্ত একটি স্বজ্ঞাত গ্রাফিকাল ইন্টারফেস অন্তর্ভুক্ত করে।
অটোসলভেটওয়েব এই ফাউন্ডেশনটি তৈরি করে।
অ্যাক্সেস প্রসারিত
প্রাথমিকভাবে ক্লাউড অবকাঠামোতে পরিচালনা করে, অটোসলভেটওয়েব হার্ডওয়্যার কনফিগারেশন চ্যালেঞ্জগুলি কাটিয়ে উঠেছে, পরিশীলিত গণনামূলক গবেষণার জন্য শেখার বক্ররেখাকে আরও সমতল করে তুলেছে। চ্যাটবট সামনের প্রান্তে কম্পিউটার কোডের চেয়ে প্রাকৃতিক ভাষার মাধ্যমে যোগাযোগ করে, যখন অটোসলভেটওয়েব ব্যাকএন্ডে সফ্টওয়্যার প্রক্রিয়াগুলি স্বয়ংক্রিয় করে তোলে।
“রসায়নবিদরা কম্পিউটার কোড লিখতে শেখার জন্য কম সময় ব্যয় করতে পারেন যাতে তারা নির্দিষ্ট সমস্যাগুলি সমাধান করতে চান সেগুলিতে তাদের প্রচেষ্টার আরও বেশি মনোনিবেশ করতে পারে,” লিউ ব্যাখ্যা করেছেন। “আমরা শিক্ষার্থীদের নিজেরাই সিমুলেশনগুলি চালাতে সক্ষম করতে চাই যাতে তারা সমাধানে অণুগুলির গতিশীলতা আরও পুরোপুরি বুঝতে পারে।”
চ্যাটজিপিটি-র মতো একটি বৃহত ভাষার মডেল (এলএলএম) চ্যাটবোটের পরিবর্তে অটোসলভেটওয়েব চ্যাটবটটি মূলত নিয়ম-ভিত্তিক। এটি বিভিন্ন বিষয়গুলিতে সত্যিকারের মানুষের মতো কথোপকথন করে না তবে অনলাইন ব্যাংকিংয়ের মতো গ্রাহক পরিষেবার জন্য ব্যবহৃত চ্যাটবটের অনুরূপ নির্দিষ্ট কাজগুলিতে প্রস্তুত।
চ্যাটবট কোনও ব্যবহারকারীকে আগ্রহের অণুর নাম যেমন ক্যাফিনের নাম টাইপ করতে অনুরোধ করে, তারপরে জলের মতো ক্যাফিনটি দ্রবীভূত করার জন্য একটি দ্রাবক নির্বাচন করুন। সিস্টেমটি পাবচেমের ডেটা ট্যাপ করে – বিশ্বের বৃহত্তম অবাধে অ্যাক্সেসযোগ্য, অনলাইন রাসায়নিক তথ্যের সংগ্রহ, জাতীয় স্বাস্থ্য ইনস্টিটিউটগুলি দ্বারা একত্রিত।
চ্যাটবট ক্লাউড পরিবেশের মাধ্যমে ব্যবহারকারীকে ধাপে ধাপে গাইড করে, কর্মপ্রবাহের জন্য প্রয়োজনীয় একাধিক ওপেন-সোর্স সফ্টওয়্যার প্রোগ্রামগুলিকে নির্বিঘ্নে সংহত করে। সমস্ত সঠিক পরামিতিগুলি স্বয়ংক্রিয় প্রক্রিয়াটির মাধ্যমে গণনা করা হয়ে গেলে, অটোসলভেটওয়েব সিমুলেশন তৈরি করতে একটি জাতীয় বিজ্ঞান ফাউন্ডেশন সুপারকমিউটারে ফলাফল জমা দেয়।
সুপারকমিউটার একটি ট্র্যাজেক্টোরি ফাইল ফেরত দেয়। ব্যবহারকারী এই ফাইলটি ডাউনলোড করতে পারেন এবং ফাইলটিকে তাদের অনুরোধ করা সিমুলেশনের একটি 3 ডি মুভিতে রূপান্তর করতে ওপেন-সোর্স সফ্টওয়্যার ব্যবহার করতে পারেন।
দেখছে বিশ্বাস করা – এবং বোঝা
অটোসলভেটওয়েব কীভাবে রসায়ন শেখানো হয় তা বাড়ানোর জন্য প্রস্তুত।
“কম্পিউটারগুলি যেহেতু আরও বেশি শক্তিশালী হয়ে ওঠে, তারা বৈজ্ঞানিক গবেষণার জন্য আরও গুরুত্বপূর্ণ হয়ে ওঠে,” রেন বলেছেন। “স্নাতক রসায়নের শিক্ষার্থীদের কম্পিউটার সিমুলেশনগুলির সাথে পরিচিত হওয়া দরকার যাতে তারা কীভাবে গবেষণা করা হয় তার অগ্রগতির সাথে তাল মিলিয়ে রাখতে পারে।”
তিনি সলভাটোক্রোমিজমকে উদ্ধৃত করেছেন, যা শিক্ষার জন্য কম্পিউটার সিমুলেশনের শক্তির উদাহরণ হিসাবে তরলটিতে রাসায়নিকের মেকআপ বিশ্লেষণের কৌশল।
স্নাতক শিক্ষার্থীরা সাধারণত বিভিন্ন দ্রাবকগুলিতে রিচার্টের ডাই নামে পরিচিত একটি দ্রাবক দ্রবীভূত করে ল্যাব পরীক্ষায় সলভাটোক্রোমিজম সম্পর্কে শিখেন। দ্রবণটি কীভাবে দ্রাবক অণুগুলি আলো শোষণ করে তার উপর নির্ভর করে সমাধানটি নীল, লাল, সবুজ বা হলুদ হয়ে যায়।
এই ঘটনার সহজতম ব্যাখ্যাটি হ’ল রঙের বিভিন্নতা দ্রাবকের মেরুটির বিভিন্নতার কারণে হয়। মেরুকরণের পরিবর্তনগুলি একটি অণুর স্থল অবস্থাকে আলাদাভাবে স্থিতিশীল করে তোলে, যার ফলে আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য বরাবর একটি অণুর শোষণ শিখরকে প্রভাবিত করে।
যা ব্যাখ্যা করা কৌশলযুক্ত তা এই নিয়মের ব্যতিক্রম। কখনও কখনও অনুরূপ মেরুকরণের দ্রাবকগুলি বিভিন্ন রঙ উত্পাদন করে কারণ দ্রাবক এবং দ্রাবকগুলির মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধনগুলি গঠিত হয়।
লিউ বলেছেন, “এই পরিস্থিতিতে হাইড্রোজেন বন্ডিং কীভাবে বিশেষ ভূমিকা পালন করে তা পুরোপুরি বোঝার জন্য শিক্ষার্থীদের কম্পিউটার সিমুলেশন চালানো দরকার,” লিউ বলেছেন। “দেখা বিশ্বাস করছে you আপনাকে গতির কাঠামোটি সরাসরি দেখতে হবে যাতে আপনি মাইক্রোস্কোপিক স্কেলে জিনিসগুলি বুঝতে পারেন।”
এই জাতীয় বিশদ ভিজ্যুয়ালাইজেশন শিক্ষার্থীদের সমালোচনামূলকভাবে চিন্তা করতে শিখতে সহায়তা করে, তিনি বলেছেন, যাতে তারা পাঠ্যপুস্তকের ধারণাগুলি মুখস্থ করার বাইরে যেতে পারে তাদের নিজস্ব আবিষ্কারগুলি তৈরি এবং বিশ্লেষণ করতে।
“বিজ্ঞানে আমরা কেবল কী ঘটছে তা বুঝতে চাই না,” রেন যোগ করেছেন। “কেন এটি ঘটছে তা আমরা জানতে চাই।”
ছোট অণু, বড় ডেটা
লিউ এবং তার সহকর্মীরা এখন অটোসলভেটওয়েব যে রাসায়নিক সিস্টেমগুলির পরিসীমা প্রসারিত করতে পারে তা প্রসারিত করার জন্য কাজ করছেন, দ্রাবক হিসাবে একক জৈব অণুগুলির মতো সীমাবদ্ধতার বাইরে চলে যান। তারা কেবল ডেটা উত্পন্ন করার জন্য নয় বরং একটি ওপেন সোর্স ফর্ম্যাটে রসায়ন সম্প্রদায় জুড়ে সেই ডেটা সংরক্ষণ এবং বিনিময় করার জন্য প্ল্যাটফর্মের ক্ষমতাও বাড়িয়ে তুলছে।
গবেষকরা আশা করছেন যে গণতান্ত্রিক রসায়ন গবেষণা গণতান্ত্রিক করার জন্য তাদের অগ্রণী কাজ প্রাকৃতিক বিজ্ঞান জুড়ে একই রকম উদ্যোগকে অনুপ্রাণিত করবে। রেন ব্যাখ্যা করেছেন, তাদের চূড়ান্ত লক্ষ্য হ’ল আন্তঃশৃঙ্খলা গবেষণার শক্তি বাড়িয়ে তোলে বেসিক বিজ্ঞানের বিভিন্ন ডোমেন জুড়ে এআইকে সংযুক্ত করতে সহায়তা করা।