Voda uväznená v nano priestoroch sa správa veľmi zvláštne

Pre živé organizmy je voda potrebná na prežitie až na bunkovej úrovni. No predvídať, ako si tekutá H₂O razí cestu cez molekulárne vodovodné potrubie, si vyžaduje takú úroveň simulácie, ktorá v súčasnosti zaťažuje aj tie najvýkonnejšie počítače. Preto americkí vedci použili strojové učenie, aby zistili, ako sa menia elektrické vlastnosti vody, keď je uväznená vo valcoch s nanometrovou veľkosťou, vyrobených z čistého uhlíka. 

Zabalením molekúl vody do hydrofóbnych uhlíkových nanorúrok menších ako 10 nanometrov vedci objavili nové fázy vody a pozorovali rýchlejší prenos protónov. Vysvetlenie týchto javov si však vzhľadom na zložitosť vyžaduje pokročilé simulačné techniky. Simulácie síce umožnia vytvoriť relatívne úplný obraz molekulárneho správania, ale iba pre niekoľko stoviek atómov v časovom rozmedzí malého zlomku sekundy. Strojové učenie umožnilo úplnejší obraz, ktorý zahŕňal kvantové efekty na výpočet potenciálnej energie a opis kolísania jednotlivých molekúl.

Pomocou strojového učenia sa výskumníkom podarilo vypočítať dielektrické konštanty vody v rôznych smeroch v rámci nanorúrok. To odhalilo elektronickú štruktúru, ktorá sleduje steny trubice, čím sa zvyšuje dielektrický efekt so zmenšujúcim sa priemerom rúrky. Pochopenie dielektrickej reakcie uzavretej vody je dôležité nielen pre pokrok v separačných technológiách, ale aj pre ďalšie nové aplikácie, ako je skladovanie a konverzia energie.

Zmapovanie zosilnenia dielektrického efektu vody v týchto malých rozmeroch by mohlo molekulárnym biológom poskytnúť dôležité informácie o toku vody a iných materiálov cez malé bunkové kanáliky alebo pomôcť výskumníkom prispôsobiť liečivá, ktoré by mohli účinnejšie pôsobiť v roztokoch uzavretých v malých priestoroch. Výskum bol publikovaný v časopise The Journal of Physical Chemistry Letters.

Zdroj: sciencealert.com.

Foto zdroj: depositphotos.com.