Il Critical Materials Institute del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha sviluppato un programma per computer, chiamato ParFit, che può ridurre notevolmente la quantità di tempo impiegato per identificare composti chimici promettenti utilizzati nei metodi di lavorazione delle terre rare.

Testare e sviluppare metodi più efficienti e rispettosi dell'ambiente per estrarre i metalli delle terre rare il più rapidamente possibile è un obiettivo primario di CMI. I metalli delle terre rare sono vitali per molte moderne tecnologie energetiche, ma l'elevata domanda commerciale e le sfide minerarie hanno reso di vitale importanza l'ottimizzazione della produzione e del loro utilizzo nel nostro Paese.

"Tradizionale, i metodi quantomeccanici per predire il design molecolare e il comportamento di questi estraenti sono troppo costosi dal punto di vista computazionale, e impiegare troppo tempo per i tempi necessari, " ha affermato il progettista di software e scienziato CMI Federico Zahariev. "Così abbiamo sviluppato un programma in grado di creare un modello meccanico classico più semplice che riflettesse ancora l'accuratezza del modello meccanico quantistico".

ParFit utilizza metodi tradizionali e avanzati per addestrare il modello meccanico classico per adattare le informazioni di meccanica quantistica da un set di addestramento. Questi modelli classici possono quindi essere utilizzati per prevedere la forma di nuovi estraenti e il modo in cui si legano ai metalli.

"In parole povere, pensare alla forma e alla struttura della molecola come un sistema di molle, dove potrebbe essere necessario stringere o allentare molti piccoli collegamenti per farlo funzionare correttamente, ", ha affermato la scienziata CMI Theresa Windus. "È lo stesso modo in cui applichiamo i calcoli della meccanica quantistica per creare questi modelli meccanici classici:è un noioso, incline a errori, e lungo processo. ParFit lo rende il più veloce possibile, automatizza l'adattamento di tali parametri, e riproduce accuratamente le energie della meccanica quantistica."

"Le capacità del programma consentono ai ricercatori di modellare un numero quasi illimitato di nuovi estratti, " ha affermato lo sviluppatore di software e scienziato CMI Marilu Dick-Perez. Ad esempio, i modelli classici utilizzati nel codice del software, HostDesigner – sviluppato da Benjamin Hay del Supramolecular Design Institute, crea e valuta rapidamente i possibili estraenti per la fattibilità e individua gli estraenti più adatti per ulteriori ricerche. "Abbiamo ridotto il lavoro di calcolo da 2-3 anni a tre mesi, " ha detto. "Abbiamo incorporato quanta più conoscenza possibile in questo programma, in modo che anche un utente inesperto possa navigare nel programma."

Le capacità del software sono ulteriormente discusse in un documento, "ParFit:un programma orientato agli oggetti basato su Python per l'adattamento dei parametri della meccanica molecolare ai dati ab Initio", scritto da Federico Zahariev, Nuwan De Silva, Mark S. Gordon, Theresa L. Windus, e Marilu Dick-Perez, e pubblicato in Journal of Chemical Information and Modeling .