Het Critical Materials Institute van het Amerikaanse Department of Energy heeft een computerprogramma ontwikkeld, genaamd ParFit, dat kan de hoeveelheid tijd die wordt besteed aan het identificeren van veelbelovende chemische verbindingen die worden gebruikt in verwerkingsmethoden voor zeldzame aarde enorm verminderen.

Het testen en ontwikkelen van efficiëntere en milieuvriendelijkere manieren om zeldzame aardmetalen zo snel mogelijk te winnen, is een primaire doelstelling van CMI. Zeldzame aardmetalen zijn van vitaal belang voor veel moderne energietechnologieën, maar de grote commerciële vraag en de uitdagingen in de mijnbouw hebben het optimaliseren van de productie en het gebruik ervan in ons land van vitaal belang gemaakt.

"Traditioneel, kwantummechanische methoden om het moleculaire ontwerp en gedrag van deze extractiemiddelen te voorspellen, zijn te rekenkundig duur, en te lang duren voor de benodigde tijd, "Zei softwareontwerper en CMI-wetenschapper Federico Zahariev. "Dus hebben we een programma ontwikkeld dat een eenvoudiger klassiek mechanisch model zou kunnen creëren dat nog steeds de nauwkeurigheid van het kwantummechanische model zou weerspiegelen."

ParFit gebruikt traditionele en geavanceerde methoden om het klassieke mechanische model te trainen om kwantummechanische informatie uit een trainingsset te passen. Deze klassieke modellen kunnen vervolgens worden gebruikt om de vorm van nieuwe extractiemiddelen te voorspellen en hoe ze zich aan metalen binden.

"Overigens gesproken, denk aan de vorm en structuur van het molecuul als een systeem van veren, waar er mogelijk veel kleine aan- of losdraaien van verschillende verbindingen nodig is om het correct te laten werken, "Zei CMI-wetenschapper Theresa Windus. "Het is dezelfde manier waarop we de kwantummechanische berekeningen toepassen om deze klassieke mechanische modellen te maken - het is een vervelende, foutgevoelig, en langdurig proces. ParFit maakt dit zo snel mogelijk, automatiseert de aanpassing van die parameters, en nauwkeurig reproduceert de kwantummechanische energieën."

"De mogelijkheden van het programma stellen de onderzoekers in staat een bijna onbeperkt aantal nieuwe extractanten te modelleren, " zei softwareontwikkelaar en CMI-wetenschapper Marilu Dick-Perez. Bijvoorbeeld, de klassieke modellen die in de softwarecode worden gebruikt, HostDesigner – ontwikkeld door Benjamin Hay van het Supramoleculaire Design Institute, creëert en beoordeelt snel mogelijke extractanten op levensvatbaarheid en richt extractiemiddelen op die het meest geschikt zijn voor verder onderzoek. "We hebben het rekenwerk teruggebracht van 2-3 jaar tot drie maanden, " zei ze. "We hebben zoveel mogelijk deskundige kennis in dit programma opgenomen, zodat zelfs een beginnende gebruiker door het programma kan navigeren."

De mogelijkheden van de software worden verder besproken in een paper, "ParFit:een op Python gebaseerd objectgericht programma voor het aanpassen van moleculaire mechanica-parameters aan initiogegevens", geschreven door Federico Zahariev, Nuwan de Silva, Mark S. Gordon, Theresa L. Windus, en Marilu Dick-Perez, en gepubliceerd in de Tijdschrift voor chemische informatie en modellering .