Un explorador en el vasto universo de posibles combinaciones químicas |  Noticias del MIT

Un explorador en el vasto universo de posibles combinaciones químicas | Noticias del MIT



Convertir gas metano directamente en metanol líquido en el sitio donde se extrae de la tierra tiene un enorme potencial para resolver una serie de problemas ambientales significativos. Desarrollar un catalizador para esta conversión ha sido un enfoque clave para la profesora asociada Heather Kulik y el laboratorio que dirige en el MIT.

A pesar de lo importante que es esta investigación, es solo un ejemplo de las innumerables posibilidades del trabajo de Kulik. En última instancia, su enfoque es mucho más amplio, el alcance de su exploración infinitamente mayor.

«Toda nuestra investigación está dedicada al mismo objetivo práctico», dice. «Queremos poder utilizar herramientas informáticas para predecir y comprender por qué los catalizadores o los materiales se comportan de la forma en que lo hacen, de modo que podamos superar las limitaciones de la comprensión actual o los materiales existentes».

En pocas palabras, Kulik quiere aplicar nuevas tecnologías de simulación y aprendizaje automático que ella y su laboratorio han desarrollado para explorar rápidamente el vasto mundo de las posibles combinaciones químicas. Al hacerlo, el equipo está mapeando cómo las estructuras químicas se relacionan con las propiedades químicas para crear nuevos materiales adaptados a aplicaciones específicas.

«Una vez que ve el alcance de la cantidad de materiales que podríamos o deberíamos estudiar para resolver problemas pendientes, se da cuenta de que la única forma de hacer mella es hacer las cosas a una escala más grande y más rápida que nunca». dice Kulik. «Gracias tanto a los modelos de aprendizaje automático como al procesamiento de datos heterogéneos, que ha acelerado el modelado de primeros principios, ahora podemos comenzar a hacer y responder preguntas que nunca antes podríamos haber respondido».

A pesar de los muchos premios y el reconocimiento constante de Kulik por su investigación, la nativa de Nueva Jersey no siempre estuvo destinada a ser científica. Sus padres no estaban particularmente interesados ​​en matemáticas y ciencias, y aunque ella era precoz en matemáticas, enseñando aritmética en la escuela secundaria cuando era pequeña y en clases universitarias, persiguió otros intereses hasta bien entrada la adolescencia, incluyendo escritura creativa, diseño gráfico, arte, y mucha más fotografía.

Kulik, que estudia ingeniería química en Cooper Union, dice que quería mantenerse ocupada, hacer algo útil y «ganarse bien la vida». La ingeniería química era una de las carreras mejor pagadas para los estudiantes, dice.

Lo primero que recuerda haber escuchado sobre la escuela de posgrado fue de un asistente de enseñanza en su licenciatura en física, quien explicó que ir a la universidad significaba «no tener un trabajo real hasta que tenga al menos 30 años» y muchas horas para trabajar.

«¡Pensé que sonaba como una idea terrible!», dice Kulik.

Afortunadamente, parte de su experiencia docente en Cooper Union, así como el apoyo de su profesor de mecánica cuántica, Robert Topper, la llevaron a investigar.

«Aunque quería ser útil, siempre me atrajeron estas preguntas fundamentales de cómo saber dónde están los átomos y los electrones explica el mundo que nos rodea», dice. “Eventualmente, hice un doctorado en Ciencias de Materiales Computacionales para convertirme en un científico que trabaja con electrones todos los días por ese motivo. Debido a que lo que hago casi no se siente como una tarea, ahora aprecio más que este viaje me ha permitido ‘no tener un trabajo real'».

Kulik le da crédito a la profesora de química y biología del MIT Cathy Drennan, con quien Kulik trabajó durante la escuela de posgrado, por «ayudarme a superar los obstáculos a corto plazo que surgen en la academia» y «mostrarme cómo podría ser una carrera en ciencias». También menciona a Nicola Marzari, su supervisor de doctorado, entonces profesor asociado en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales del MIT, y su asesor postdoctoral en la Universidad de Stanford, Todd Martinez, «quien me dio una idea de cómo podría ser una carrera independiente. ”

Kulik trabaja arduamente para llevar sus ideas de ética y equilibrio entre el trabajo y la vida a los estudiantes de su laboratorio, y les enseña a confiar unos en otros, describiendo al grupo como una «comunidad muy unida, todos con los mismos objetivos». Dos veces al mes organiza reuniones en las que anima a los estudiantes a compartir cómo han encontrado soluciones mientras trabajaban en problemas de investigación. «Todos podemos ver y aprender de diferentes estrategias de resolución de problemas que otros en el grupo han probado y ayudarnos unos a otros en el camino».

También promueve un ambiente luminoso. El sitio web del laboratorio afirma que sus miembros «aceptan chistes muy aleatorios (pero probablemente bastante desagradables) en nuestros canales de Slack. ¡Después de todo, somos investigadores informáticos!

«Nos gusta sin preocupaciones», dice Kulik.

No obstante, Kulik y su laboratorio han logrado avances importantes, incluido el cambio de enfoque en la química computacional para hacer que la forma en que se construyen las simulaciones multiescala sea más sistemática, al tiempo que acelera exponencialmente el proceso de descubrimiento de materiales. A lo largo de los años, el laboratorio ha desarrollado y refinado un código de fuente abierta llamado molSimplify que permite a los investigadores construir y simular nuevos compuestos. Combinado con modelos de aprendizaje automático, el método automatizado habilitado por el software ha dado como resultado «mapas de propiedades de estructura» que explican por qué los materiales se comportan de la manera en que lo hacen de manera más completa que nunca.

Por sus esfuerzos, Kulik ha ganado becas de la Iniciativa de Energía del MIT, un Premio a la Carrera del Burroughs Wellcome Fund en Scientific Interface, el Premio a la Facultad Junior Sobresaliente OpenEye de la Sociedad Estadounidense de Química, un Premio al Investigador Joven de la Oficina de Investigación Naval, un Premio a la Facultad Joven de DARPA y una beca de director, el premio AAAS Marion Milligan Mason, la cátedra B de química física y un premio CARRERA de la Fundación Nacional de Ciencias, entre otros. Ese año fue nombrada becaria de investigación Sloan y recibió un puesto.

Cuando no está trabajando duro en su próxima adquisición, a Kulik le gusta escuchar música y pasear por Cambridge y Boston, donde vive en el barrio de Beacon Hill con su pareja, una compañera de estudios del MIT.

Todos los años, durante los últimos tres o cuatro años, Kulik ha pasado al menos dos semanas de vacaciones de invierno en un clima soleado.

«Estoy pensando en lo que he estado haciendo en el trabajo y cuáles podrían ser mis prioridades tanto en la vida como en el trabajo para el próximo año», dice. «Esto me ayuda con todas las decisiones que tomo sobre cómo priorizar mi tiempo y esfuerzo cada año y me ayuda a asegurarme de que he puesto todo en perspectiva».

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