Są równie przydatne, co niebezpieczne. Zmieniają też nauki ścisłe

Symulacje komputerowe stały się kluczowym narzędziem w naukach ścisłych i inżynierii, rewolucjonizując sposób prowadzenia badań i odkryć naukowych. Ich uniwersalność sprawia, że znalazły zastosowanie w różnych dziedzinach – od projektowania nowych materiałów po badania nad złożonymi reakcjami chemicznymi. Jednak, mimo ogromnego potencjału, symulacje niosą za sobą również ryzyka i wyzwania, które warto zrozumieć.

Wielka pomoc dla nauki

Komputerowe symulacje stały się integralną częścią procesu badawczego. Umożliwiają modelowanie skomplikowanych zjawisk, które trudno lub wręcz niemożliwe jest zbadać w warunkach laboratoryjnych. Na przykład w inżynierii materiałowej symulacje pozwalają na analizę właściwości nanostruktur czy projektowanie nowych materiałów o żądanych cechach. Dr Sunwook Hong z Loyola Marymount University wykorzystuje symulacje do opracowywania szkło-ceramiki o podwyższonej wytrzymałości, przeznaczonej m.in. na szyby lotnicze. Dzięki temu naukowcy mogą testować różne hipotezy, zanim przystąpią do kosztownych eksperymentów.

W naukach chemicznych symulacje komputerowe, takie jak reakcje dynamiczne na poziomie molekularnym, pozwalają na analizę ścieżek reakcji chemicznych oraz kinetyki procesów. Symulacje te nie tylko przyspieszają odkrycia, ale także umożliwiają badania, których tradycyjne metody eksperymentalne nie mogłyby przeprowadzić z powodu złożoności lub ryzyka.

Warto zdać sobie sprawę z tego, że nie byłoby to możliwe bez dynamicznego rozwoju technologii, w tym przetwarzania w chmurze i nowoczesnych procesorów graficznych (GPU), przyczynił się do rozwoju symulacji komputerowych. Inicjatywy takie jak TEC4, prowadzone przez Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), pokazują, że wykorzystanie chmury obliczeniowej może znacząco skrócić czas potrzebny na przeprowadzenie złożonych analiz chemicznych – z miesięcy na dni. Chmura obliczeniowa otwiera także drzwi do „demokratyzacji” nauki, umożliwiając szerszemu gronu badaczy dostęp do potężnych zasobów obliczeniowych.

Czytaj dalej poniżej

Potężny rozbłysk gamma. Oto jego (monstrualne) źródło Jakub Szczęsny

Jesteśmy już blisko. Mogliśmy przeoczyć jedną planetę w Układzie Słonecznym! Jakub Szczęsny

Jednak nie tylko infrastruktura technologiczna jest kluczem do sukcesu. Wprowadzenie symulacji do edukacji naukowej, szczególnie w dziedzinach STEM, może znacząco poprawić wyniki nauczania. Programy takie jak Simulation-Based Pedagogical Approach in Chemistry Education (SPACE) opracowane przez dr. Honga, pokazują, że symulacje mogą wzbogacić proces uczenia się poprzez interaktywne i praktyczne podejście.

Na pewno etyczne i bezpieczne?

Symulacje komputerowe stanowią nie tylko narzędzie praktyczne, ale także rodzią wiele pytań natury filozoficznej i etycznej. Jednym z ważniejszych tematów jest pytanie o epistemologiczną wartość symulacji – czy mogą one być uznane za równorzędne eksperymentom laboratoryjnym? Choć symulacje dostarczają wyników, ich abstrakcyjna natura budzi wątpliwości co do ich materialności i bezpośredniego odwzorowania rzeczywistości. W naukach ścisłych problem ten jest szczególnie istotny, ponieważ od wiarygodności symulacji zależą decyzje dotyczące dalszych badań.

Innym ważnym aspektem jest etyka. Swego czasu firma Collaborations Pharmaceuticals przeprowadziła eksperyment, który polegał na wykorzystaniu symulacji komputerowej ze sztuczną inteligencją do badania cech molekularnych, które mogłyby zakłócać wiele różnych klas białek niezbędnych do ludzkiego życia. Okazało się, że w zaledwie 6 godzin, sztuczna inteligencja znalazła ponad 40 tysięcy możliwych połączeń cząsteczek, które mogłyby posłużyć za broń biologiczną i chemiczną.

Grafika: depositphotos