A compreensão sobre a água, uma das substâncias mais estudadas pela ciência, pode ter avançado significativamente graças à inteligência artificial. Pesquisadores utilizaram modelos de aprendizado de máquina para analisar milhões de interações moleculares e encontraram evidências que fortalecem uma hipótese debatida há cerca de três décadas: a de que a água líquida alterna continuamente entre duas estruturas microscópicas diferentes.

A descoberta não altera a composição química da água, mas oferece uma nova explicação para diversas propriedades físicas consideradas incomuns quando comparadas às de outros líquidos. Além do interesse científico, o estudo pode abrir novos caminhos para pesquisas em química, biologia, ciência dos materiais e desenvolvimento farmacêutico.

Como a inteligência artificial ajudou a investigar a estrutura da água

O trabalho foi conduzido por pesquisadores da Universidade da Cidade de Hong Kong e publicado na revista científica Nature Physics. A equipe empregou técnicas de aprendizado profundo não supervisionado, modalidade de inteligência artificial capaz de identificar padrões complexos em grandes conjuntos de dados sem receber previamente instruções sobre quais características procurar.

Para alimentar o modelo, os cientistas executaram extensas simulações computacionais de dinâmica molecular utilizando o software GROMACS. As simulações acompanharam o comportamento de centenas de milhares de moléculas de água ao longo do tempo, produzindo dezenas de milhões de registros sobre suas posições, ligações e movimentos.

Com esse volume de informações, a IA conseguiu identificar padrões de reorganização molecular que seriam praticamente impossíveis de serem observados por métodos tradicionais de análise.

Os pesquisadores, o uso da inteligência artificial reduziu drasticamente o tempo necessário para interpretar os dados. Um processo que poderia demandar muitos anos de trabalho manual foi concluído em aproximadamente um ano e meio.

Segundo explicou o químico-físico Xiao Cheng Zeng em entrevista ao Live Science, a utilização da inteligência artificial reduziu um trabalho que poderia levar cerca de uma década para aproximadamente um ano e meio de análise.

O que significa a hipótese dos dois estados líquidos da água

Embora a água seja formada pelas mesmas moléculas (H₂O), a hipótese propõe que elas podem assumir duas organizações estruturais predominantes.

Uma dessas estruturas apresenta maior densidade, enquanto a outra possui uma organização mais aberta, resultando em menor densidade. Essas configurações coexistiriam e se transformariam constantemente, dependendo das condições de temperatura e pressão.

Essa ideia surgiu para explicar diversas características consideradas anômalas da água.

Entre elas estão:

• a elevada capacidade de armazenar calor;
• o fato de atingir sua maior densidade por volta de 4 °C;
• mudanças incomuns na viscosidade sob determinadas pressões;
• a expansão durante o congelamento, responsável por fazer o gelo flutuar.

Até então, existiam diversas evidências indiretas dessa hipótese, mas faltava compreender exatamente como as moléculas realizavam essa transição em nível microscópico.

A nova pesquisa oferece uma descrição detalhada desses mecanismos de reorganização molecular.

Inteligência artificial revela diferentes caminhos para a reorganização molecular

Um dos resultados mais relevantes do estudo foi a identificação das chamadas coordenadas de reação, parâmetros que descrevem como uma molécula de água muda entre os dois estados estruturais.

A análise revelou que essa conversão normalmente ocorre por um caminho relativamente simples, envolvendo apenas uma barreira energética.

No entanto, em determinadas condições próximas ao limite entre as duas estruturas, surgem trajetórias mais complexas, nas quais a molécula percorre múltiplos estágios antes de completar a transição.

Esse comportamento ajuda a explicar por que determinadas propriedades físicas da água variam de maneira tão peculiar quando comparadas às de outros líquidos.

Os pesquisadores destacam que compreender esses caminhos microscópicos representa um avanço importante na modelagem do comportamento da água em diferentes ambientes físicos e químicos.

O impacto da descoberta para ciência, indústria e desenvolvimento tecnológico

Embora os resultados ainda pertençam ao campo da pesquisa básica, seus efeitos podem alcançar diversas áreas da ciência aplicada.

Grande parte das reações químicas e dos processos biológicos ocorre em meio aquoso. Compreender com maior precisão a estrutura da água pode contribuir para modelos computacionais mais realistas em pesquisas envolvendo:

• nanotecnologia;
• novos materiais;
• química de soluções;
• interação entre proteínas;
• estabilidade de biomoléculas;
• desenvolvimento de medicamentos.

No setor farmacêutico, por exemplo, pequenas alterações na interação entre moléculas de água e princípios ativos podem influenciar estabilidade, dissolução e transporte de medicamentos.

Já na pesquisa de materiais avançados, modelos mais precisos sobre o comportamento da água podem auxiliar no desenvolvimento de membranas, catalisadores, baterias e materiais utilizados em processos industriais.

Além disso, o estudo evidencia como a inteligência artificial está se tornando uma ferramenta indispensável para áreas científicas que lidam com grandes volumes de dados experimentais e computacionais.

IA amplia seu papel na pesquisa científica

Nos últimos anos, algoritmos de aprendizado de máquina passaram a desempenhar papel cada vez mais importante em laboratórios ao redor do mundo.

Além da descoberta de novos medicamentos e do desenvolvimento de proteínas sintéticas, a IA já é utilizada para acelerar pesquisas em física, astronomia, química, climatologia e ciência dos materiais.

Em vez de substituir o trabalho científico, esses modelos funcionam como aceleradores de descoberta, permitindo identificar padrões que seriam extremamente difíceis de perceber apenas por análise humana.

No caso da água, a tecnologia possibilitou examinar milhões de interações moleculares simultaneamente, oferecendo uma nova perspectiva sobre um dos maiores desafios da física e da química modernas.

A equipe responsável pelo estudo informa que os próximos trabalhos buscarão validar os resultados utilizando modelos computacionais ainda mais robustos e relacionar as estruturas identificadas a propriedades mensuráveis, como densidade, viscosidade e temperatura.

Caso essas evidências continuem sendo confirmadas, a hipótese dos dois estados líquidos poderá se consolidar como uma importante explicação para diversos comportamentos observados na água ao longo das últimas décadas.

Perguntas frequentes (FAQ)

A água realmente pode ser dois líquidos diferentes?

Não exatamente. A pesquisa indica que a água líquida pode alternar continuamente entre duas estruturas moleculares distintas, uma de maior densidade e outra de menor densidade, mantendo a mesma composição química (H₂O).

A inteligência artificial descobriu uma nova forma de água?

Não. A IA foi utilizada para analisar enormes volumes de dados e identificar padrões moleculares que apoiam uma hipótese científica já estudada há cerca de 30 anos.

Por que essa descoberta é importante?

Ela pode ajudar a explicar propriedades incomuns da água, além de contribuir para pesquisas em química, biologia, ciência dos materiais e desenvolvimento de medicamentos.

O estudo já muda aplicações práticas?

Ainda não. Trata-se de uma pesquisa fundamental. Os resultados servem como base para futuras investigações e aplicações tecnológicas.

Qual foi o papel da IA na pesquisa?

Os algoritmos de aprendizado de máquina identificaram padrões complexos nas simulações moleculares, reduzindo significativamente o tempo necessário para analisar milhões de interações entre moléculas de água.

Créditos

Fonte de referência: Olhar Digital

Matéria produzida pela Redação Brasil Tech News com base em informações publicadas originalmente pelo veículo citado e em estudo científico publicado na revista Nature Physics.

Assinatura: Redação Brasil Tech News