O Instituto de Materiais Críticos do Departamento de Energia dos EUA desenvolveu um programa de computador, chamado ParFit, que pode reduzir enormemente a quantidade de tempo gasto na identificação de compostos químicos promissores usados ​​em métodos de processamento de terras raras.

Testar e desenvolver formas mais eficientes e ecológicas de extrair metais de terras raras o mais rápido possível é o objetivo principal do CMI. Metais de terras raras são vitais para muitas tecnologias modernas de energia, mas a alta demanda comercial e os desafios da mineração tornaram a otimização da produção e seu uso em nosso país de vital importância.

"Tradicional, os métodos da mecânica quântica para prever o design molecular e o comportamento desses extratores são muito caros em termos computacionais, e demoram muito para a escala de tempo necessária, "disse o designer de software e cientista do CMI Federico Zahariev." Então, desenvolvemos um programa que poderia criar um modelo mecânico clássico mais simples que ainda refletisse a precisão do modelo da mecânica quântica. "

ParFit usa métodos tradicionais e avançados para treinar o modelo mecânico clássico para ajustar as informações da mecânica quântica de um conjunto de treinamento. Esses modelos clássicos podem então ser usados ​​para prever a forma de novos extratores e como eles se ligam aos metais.

"A grosso modo, pense na forma e estrutura da molécula como um sistema de molas, onde pode ser necessário um pequeno aperto ou afrouxamento de diferentes conexões para que funcionem corretamente, "disse a cientista do CMI Theresa Windus." É a mesma maneira que aplicamos os cálculos da mecânica quântica para criar esses modelos mecânicos clássicos - é uma tarefa entediante, sujeito a erros, e processo demorado. ParFit torna isso o mais rápido possível, automatiza o ajuste desses parâmetros, e reproduz com precisão as energias da mecânica quântica. "

"Os recursos do programa permitem aos pesquisadores modelar um número quase ilimitado de novos extratores, "disse o desenvolvedor de software e cientista CMI Marilu Dick-Perez. Por exemplo, os modelos clássicos usados ​​no código do software, HostDesigner - desenvolvido por Benjamin Hay do Supramolecular Design Institute, cria e avalia rapidamente os possíveis extratores quanto à viabilidade e visa os extratores mais adequados para pesquisas futuras. "Reduzimos o trabalho computacional de 2-3 anos para três meses, "disse ela." Incorporamos o máximo de conhecimento especializado possível a este programa, para que mesmo um usuário novato possa navegar no programa. "

Os recursos do software são discutidos posteriormente em um artigo, "ParFit:um programa orientado a objeto baseado em Python para ajustar parâmetros de mecânica molecular a dados de inicialização", de autoria de Federico Zahariev, Nuwan De Silva, Mark S. Gordon, Theresa L. Windus, e Marilu Dick-Perez, e publicado no Journal of Chemical Information and Modeling .