開源的高級超級計(jì)算機(jī)算法可以預(yù)測生命材料的模式和動態(tài)，從而可以跨空間和時(shí)間探索它們的行為。
生物材料由單獨(dú)的部件組成，包括將燃料轉(zhuǎn)化為運(yùn)動的微型發(fā)動機(jī)。這個(gè)過程創(chuàng)造了運(yùn)動模式，導(dǎo)致材料通過持續(xù)能量消耗驅(qū)動的連貫流動來塑造自身。這些永久驅(qū)動的材料被稱為“活性物質(zhì)”。
細(xì)胞和組織的力學(xué)可以通過活性物質(zhì)理論來描述，活性物質(zhì)理論是理解生命材料的形狀、流動和形式的科學(xué)框架。活性物質(zhì)理論由許多具有挑戰(zhàn)性的數(shù)學(xué)方程組成。
來自德累斯頓馬克斯·普朗克分子細(xì)胞生物學(xué)和遺傳學(xué)研究所 (MPI-CBG)、德累斯頓系統(tǒng)生物學(xué)中心 (CSBD) 和德累斯頓工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家現(xiàn)已開發(fā)出一種算法，并在開源超級計(jì)算機(jī)代碼中實(shí)現(xiàn)，首次能夠在現(xiàn)實(shí)場景中求解活性物質(zhì)理論方程。這些解決方案使我們距離解決細(xì)胞和組織如何形成形狀以及設(shè)計(jì)人造生物機(jī)器這一百年之謎又近了步。
生物過程和行為通常非常復(fù)雜。物理理論為理解它們提供了精確和定量的框架。活性物質(zhì)理論提供了一個(gè)框架來理解和描述活性物質(zhì)的行為，活性物質(zhì)是由能夠?qū)⒒瘜W(xué)燃料(“食物”)轉(zhuǎn)化為機(jī)械力的各個(gè)成分組成的材料。
來自德累斯頓的幾位科學(xué)家是這一理論發(fā)展的關(guān)鍵，其中包括馬克斯·普朗克復(fù)雜系統(tǒng)物理研究所所長 Frank Jülicher 和 MPI-CBG 所長 Stephan Grill。利用這些物理原理，可以通過數(shù)學(xué)方程來描述和預(yù)測活躍生命物質(zhì)的動力學(xué)。
然而，這些方程極其復(fù)雜且難以求解。因此，科學(xué)家需要超級計(jì)算機(jī)的力量來理解和分析生命材料。預(yù)測活性物質(zhì)的行為有不同的方法，一些方法側(cè)重于微小的單個(gè)粒子，另一些方法研究分子水平的活性物質(zhì)，還有一些方法研究大規(guī)模的活性流體。這些研究幫助科學(xué)家了解活性物質(zhì)在空間和時(shí)間的不同尺度上如何表現(xiàn)。
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