Pesquisadores usaram aprendizado de máquina para rastrear como moléculas de água alternam entre estruturas de alta e baixa densidade – e o resultado pode explicar décadas de comportamentos estranhos do líquido
A água que você bebe pode ser, ao mesmo tempo, dois líquidos diferentes em constante transformação. Essa hipótese existe há 30 anos na ciência, mas nunca havia sido provada em nível molecular. Agora, com ajuda de inteligência artificial, pesquisadores dizem ter encontrado a evidência que faltava, segundo o Live Science.
O estudo foi publicado em 4 de junho na revista Nature Physics por uma equipe da Universidade da Cidade de Hong Kong, liderada pelo químico físico Xiao Cheng Zeng.
A teoria dos dois líquidos
A hipótese de dois estados propõe que as moléculas de água alternam constantemente entre duas estruturas locais: uma de alta densidade e outra de baixa densidade. Essa troca invisível seria a explicação unificadora para dezenas de comportamentos anômalos da água.
A maioria dos líquidos fica mais densa ao resfriar. A água faz o mesmo – mas só até 4°C. Depois disso, ela se expande, razão pela qual o gelo flutua. A água também resiste a mudanças de temperatura melhor que líquidos similares e tem viscosidade que diminui sob certas pressões. Todos esses comportamentos estranhos podem estar conectados à mesma causa.
“É difícil imaginar – aqui está só uma água, certo?”, disse Zeng ao Live Science, segurando uma garrafa d’água. “Temos literatura que fala sobre isso, mas nenhuma evidência.”
O papel da IA
Para encontrar essa evidência, a equipe utilizou aprendizado profundo não supervisionado – uma IA treinada para identificar padrões nos dados sem ser instruída sobre o que procurar.
O pesquisador de pós-doutorado Liwen Li rodou simulações massivas de dinâmica molecular usando o pacote computacional GROMACS, rastreando o movimento e a interação de centenas de milhares de moléculas de água e gerando dezenas de milhões de pontos de dados.
“Tradicionalmente, você precisaria de muitos estudantes para descobrir isso”, disse Zeng. “Com computadores e IA, Li levou cerca de um ano e meio.” Sem IA, ele estimou que a mesma análise poderia ter levado uma década.
Dois caminhos pela montanha
A IA identificou as chamadas “coordenadas de reação” – variáveis que descrevem exatamente como a estrutura local de uma molécula de água muda de uma forma para outra. Com elas, a equipe mapeou os caminhos possíveis dessa conversão.
Na maior parte do tempo, a troca acontece por um caminho “semiciclo”, com uma única barreira de energia a cruzar. Mas, perto da fronteira entre água de alta e baixa densidade – uma espécie de limiar análogo ao ponto de fusão do gelo –, as moléculas podem percorrer um caminho mais longo, de “ciclo completo”, com três barreiras distintas.
Zeng comparou ao Live Science a situação com uma montanha cortada ao meio: a maioria dos caminhantes usa a encosta suave. Perto da fronteira, onde as duas metades se encontram, é possível contornar o pico inteiro.
Por que importa
Entender a estrutura molecular da água pode lançar nova luz sobre como sais, proteínas e moléculas de fármacos se comportam em solução. A maioria dos processos biológicos e farmacêuticos acontece em meio aquoso.
“Essas interações são vitais para medicamentos injetáveis e para o funcionamento celular”, disse Zeng ao Live Science. A aplicação prática ainda está distante, mas a base científica acaba de ficar mais sólida.
Fonte: Olhar Digital
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