Научные программы

10 июль, 2005 - 23:00Ростислав Панчук

В апрельском номере «Домашнего ПК» мы уже рассмотрели различные математические пакеты, призванные облегчить жизнь и научным сотрудникам, и учащимся. Однако одной лишь математикой круг естественных наук не ограничивается, так что неудивительно, что и для других отраслей было создано множество удобных приложений для автоматизации и упрощения наиболее рутинных задач. Физически вместить их в рамки одной статьи просто невозможно, поэтому мы решили отобрать только наиболее ярких представителей из каждой области исследований.

CambridgeSoft Chemoffice 2005 Ultra

Если MathCAD и Maple – мастера на все руки в математике, то ChemOffice играет ту же роль в органической химии, биохимии, молекулярной биологии и остальных сопредельных науках. Основные направления работы ChemOffice – рисование уравнений химических реакций, формул органических веществ любой сложности (в разумных пределах, разумеется), воспроизведение их структуры в 3D и анализ физико-химических параметров, а также мощные средства поиска в онлайновых базах данных. Пакет состоит из трех модулей – СhemDraw, Chem3D и ChemFinder, органично дополняющих друг друга. Рассмотрим их по отдельности.

Первый инструмент, ChemDraw, собственно, и ответственен за рисование, а точнее «конструирование» формул всего что душе угодно – от бензола до полинуклеотидной цепочки ДНК. Благодаря огромному набору шаблонов (ароматические соединения, моносахариды, азотистые основы, стереоизомерные атомы и т. д.) и удобной системе модификации каждого их элемента творить становится на удивление просто и быстро. Вам остается лишь соединить подходящие «кирпичики», а соответствующие связи программа добавит сама; более того, если результирующее соединение не может существовать согласно законам химии, то СhemDraw услужливо предупредит об этом пользователя, указав, где именно содержится ошибка. Дополняет картину просто великолепный интерфейс, как по части эргономики, так и по богатству возможностей. Различные спецсимволы, молекулярные орбитали, полуавтоматический набор химических реакций (т. е. вы указываете, где рвется связь, а ChemDraw уже сам напишет уравнение вместе с продуктами распада и их молекулярной массой). Даже такая банальная, но малоприятная вещь, как расстановка индексов у функциональных групп (а-ля -СН3), и то отдана на усмотрение кремниевого разума, справляющегося с этим заданием на удивление корректно. Весьма логично смотрится и набор клипартов с различным лабораторным оборудованием, а также элементами клеточных мембран и органелл – они могут сэкономить массу времени при создании презентаций и постеров.

Если СhemDraw воссоздает структуру веществ на плоскости, то Chem3D позволит честно представить ее в трех измерениях. На основе анализа характера связей и степени электроотрицательности различных атомов соединения (если этих данных будет недостаточно, есть возможность воспользоваться онлайновыми базами данных) Chem3D без труда воссоздаст 3D-структуру ранее неизвестного или малоизученного вещества. Более того, программа поможет рассчитать, какие именно структурные компоненты молекулы Х особенно активны (например, легко окисляются или восстанавливаются), а значит – предугадать ее возможную биологическую роль. Конечно, верить на 100% утилите нельзя, равно как не удастся заменить ею физические методы анализа, но использовать полученные данные в качестве подспорья для дальнейших экспериментов будет весьма уместно.

Как только ваша база данных (ну или институтская...) с различными химическими соединениями достигнет определенного размера, вполне логично встанет второй вопрос – как все это упорядочить и осуществлять в ней поиск. Здесь уже никакие средства Windows и утилиты локального поиска не помогут: мы ведь не текст ищем, не правда ли? Решение проблемы элементарное – прибегнуть к помощи утилиты ChemFinder, как раз и занимающейся подобным делом. Возможности программы просто фантастические – пользователь может искать нужные данные не только по структуре или брутто-формуле (вроде С8Н10), но и по молекулярному весу! Естественно, вовсе не обязательно рисовать все до последнего атома (какой же тогда смысл в поиске?) – ChemFinder c таким же успехом справится с поставленной задачей, если ему «скормить» только часть молекулы или вообще задать критерий «искать все похожее».

Результаты своего труда можно мгновенно перекинуть в Excel/Word или же напрямую в базу данных ChemFinder. Да-да, поиск информации в документах ChemDraw/Chem3D и их конкурента ISISDraw – отнюдь не главная функция ChemFinder, ориентированного в первую очередь на создание и работу с БД. Распространяться о плюсах подобного подхода, думаю, нет смысла – удобно, быстро и всегда под рукой. Ну а в новой версии ChemOffice 2005 Ultra появились и продвинутые утилиты для молекулярных биологов – BioAssay Ultra (своеобразный аналог ChemFinder для хранения разнообразных протоколов), BioDraw Ultra 9.0 (рисование сигнальных механизмов клетки и биологических путей), а также еще более мощные средства каталогизации.

Подводя итоги, можно смело сказать, что ChemOffice – универсальный комбайн для любого специалиста, так или иначе связанного с химией. Вот только стоимость этого решения не может похвастаться гибкостью и доступностью...

Quantum Atomica 2.01

Основы квантовой физики (если точнее, то строение электронных оболочек атомов, принципы формирования химической связи и построения Периодической системы) по праву считаются одним из самых сложных материалов курса химии в 10-м классе средней школы. Да и на первом курсе университета много новоиспеченных студентов испытывают ряд проблем при изучении этой темы. Что толку с того, что преподаватель будет в энный раз объяснять принципы функционирования основных квантовых чисел, если у учащихся нет возможности визуально представить себе, как же оно должно быть в действительности? Значительно упростить и облегчить данный процесс может программа Quantum Atomica. Принцип ее работы прост до элементарности: выбираем требуемую величину главного квантового числа n (энергетический уровень), затем – побочного (l), далее магнитного (m) и жмем Calculate. А там уже – подбираем подходящий ракурс и проекцию сгенерированной орбитали, вид (2D/3D) и сохраняем результирующий снимок в *.bmp. Вот так, простенько и со вкусом. Хотя, по моему мнению, вовсе нелишней была бы и визуализация гибридных орбиталей в составе различных химических связей.

3D Solar System 3.7

Признайтесь честно – кто из вас в детстве не мечтал взглянуть на далекие звезды вблизи? Вот только обзавестись персональной обсерваторией как бы эээ... не совсем реально, зато ПК всегда готов прийти на помощь. 3D Solar System – это интерактивная карта Солнечной системы, со всеми планетами и важнейшими спутниками. Кроме собственно визуального отображения небесных тел на экране ПК, программа выводит и всю информацию о той или иной планете в специальном окне: расстояние от Солнца, масса, радиус, диаметр орбиты и т. д.

Графическое же исполнение виртуальной Солнечной системы заслуживает отдельного абзаца. Честно говоря, запустив программу в первый раз с настройками по умолчанию, я сразу же пожалел о скачанных 20 MB: совершенно убогие текстуры, планеты в виде кучки грубых пикселов – зрелище не для слабонервных. Однако стоило лишь выставить все настройки на максимум – и картинка разительно преобразилась. Детальнейшая проработка материков, движение атмосферных фронтов (там, где они есть, конечно), разглядывание планет под различными ракурсами, с солнечной или теневой стороны – вот что значат современные графические технологии! Правда, ресурсоемкости им не занимать – на Barton 3200+/512 MB/GeForce4 Ti4200 128 MB одна лишь загрузка графического «движка» идет почти минуту, да и в процессе путешествия по Солнечной системе иногда возникает чувство подтормаживания. Однако подобные недостатки – еще не причина отказываться от увлекательной и притом совершенно бесплатной прогулки по окрестностям нашего Солнца. Не пропустите!

MDL ISISDraw 2.5

Прекрасный аналог ChemDraw, практически ни в чем не уступающий конкуренту, зато совершенно бесплатный и занимающий мизерный объем. Интерфейс утилиты существенно не отличается от такового у ChemDraw, так что переход на него с творения CamSoft будет безболезненным. То же касается и внушительного набора предустановленных шаблонов – согласитесь, в противном случае просто отпадает смысл использовать программу, уж проще в каком-то Paint Shop Pro нарисовать... Наиболее востребованные из них (в частности, различные циклические соединения) удостоились чести быть размещенными на главной панели инструментов, а все остальные – в пункте меню Templates. Это как различные изоформы сахаров и аминокислот, так и нуклеотиды, циклические эфиры, функциональные группы, гетероциклы и т. д. – вряд ли кому-либо понадобится большее. Конечно, редко когда удается обойтись малой кровью, просто соединив пару «кирпичиков», в большинстве случаев приходится прибегать к дополнительным средствам редактирования. Например, вставка гетероатома (азота, серы) в ароматический цикл или добавление новых функциональных групп, удаление «лишних» двойных/тройных углеродных связей и т. д. К слову, реализованы они весьма удобно, хотя по части эргономики иногда могут уступать ChemDraw. Но это уже мелочи, да и привыкаешь к ним быстро, так что к разряду серьезных недостатков ISISDraw их отнести нельзя.

Есть у детища MDL и такая незаменимая вещь, как ChemInspector. Нарисовали с горем пополам формулу, а требуется узнать ее состав? Без проблем, ChemInspector мигом выдаст на-гора ее брутто-формулу, молекулярную массу и состав каждого элемента в процентах. Кроме того, нельзя не упомянуть и о других незаметных инструментах – «убийцах рутины». Теперь написание цепочки аминокислот, сложного углеводородного «скелета» (см. на скриншоте) или нити ДНК уже не будет отнимать у пользователя драгоценные минуты, с помощью встроенных апплетов ISISDraw они будут построены почти мгновенно. А также создание диастереомеров (зеркальных отображений молекул с ассиметричным атомом углерода), автоматическая проверка правильности написания химических реакций и еще много-много другого. Отличная альтернатива ChemDraw!

Solution Solver 2.0

И снова химия, только на этот раз – расчет растворов. Казалось бы, простейшее задание, с которым сталкиваются абсолютно все. Но... вариант «на глаз», столь близкий сердцу постсоветского человека, здесь уже не пройдет, особенно если реактив стоит не одну тысячу далеко не условных единиц. Нет желания перенапрягаться или хочется лишний раз перестраховаться? Пожалуйста, Solution Solver – к вашим услугам!

Конечно, ожидать от столь, казалось бы, простой программы чего-то экстраординарного трудно, но в действительности свои $30 она отрабатывает более чем хорошо. Чего стоит только расчет раствора заданной концентрации в различных вариациях – молярности, нормальности, массовой части; для этого достаточно указать молекулярную массу нашего вещества, результирующий объем и требуемую концентрацию. Или, наоборот, смешение двух растворов с различным содержанием растворенного соединения, получение серии кратных разведений из исходного маточного (Stock) раствора и т. д. Нельзя не упомянуть и о «бонусах», добавленных разработчиками, – модулях конверсии различных величин из одной мерной шкалы в другую и расчета скорости вращения ротора центрифуг. Ну а если вы работаете с радиоактивными изотопами, то функция Radioactivity в мгновение определит их активность за требуемый промежуток времени.

Measure Converter («Преобразователь мер») 5.1.2

Сколько будет 5 килограммов в римских либрах? А в бразильских фунтах? А сколько литров в барреле нефти? Несмотря на повсеместное царствование метрической системы СИ (СИ – система интернациональная), все равно находятся страны, пользующиеся устаревшими футами, дюймами, бушелями и т. д. К каким печальным последствиям это приводит, известно каждому – в памяти еще свежи воспоминания о потере экспедиции Mars Climate Orbiter, случившейся из-за того, что «специалисты» NASA неправильно перевели футы в метры. Кто знает, если бы они использовали Measure Converter, возможно, деньги американских налогоплательщиков не канули бы в бездну... Программе известно более 800 (!) различных мер, сгруппированных в 20 категорий (вес, время, вязкость, длина, площадь, ускорение, радиоактивность и т. д.). К примеру, одних только единиц веса свыше 200, включая как современные, так и устаревшие, да еще и с неплохой информацией об их истории, собственно величине и национальной принадлежности. Чтобы случайно не запутаться в этом обилии сведений, всегда можно перейти на эталонную единицу СИ, выставить точность расчетов или же научить программу «перехватывать» содержимое буфера обмена, если вы счетовод со стажем. В общем, атрибут каждого грамотного пользователя ПК. А нам остается лишь поблагодарить разработчика программы за его поистине титанический труд.

SmartDraw Suite 7.1

Практически каждому пользователю ПК приходится создавать презентации, плакаты, различные схемы и т. д. Счастливые обладатели английской версии Microsoft Office 2003 на 5 CD могут обратиться к помощи пакета MS Visio, остальным же придется довольствоваться стандартными средствами Word и PowerPoint. Ввиду их не самой потрясающей функциональности и хромающей эргономики SmartDraw Pro будет просто глотком свежего воздуха. Главная фишка программы – уже готовые шаблоны разнообразных блок-схем во всех их проявлениях: маркетинг, медицинское обслуживание, бизнес-формы (бюллетени, заявления по поводу трудоустройства, кредиты...), планы локальных сетей, инженерия – всего более 1000(!). А также такие уникальные идеи, как схемы дренажных каналов и водоснабжения, схема-дизайн ракет, планы квартир и домов – расписать все богатство возможностей SmartDraw в отдельно взятой статье решительно невозможно. Главное, что программа не требует никаких особых навыков от пользователя, надо просто сесть за ПК и начать творить. Более чем 50 000 встроенных символов и клипартов помогут вам создавать настоящие произведения искусства, а уже упоминавшиеся встроенные шаблоны преобразуют ваши собственные символы и рисунки.

Пожалуй, недостатков у SmartDraw всего два – ее высокая цена да не самый удобный способ загрузки (через Web-инсталлятор, что вряд ли понравится пользователям dial-up). Да, я понимаю, что модульная структура – это очень хорошо, но каждый раз перекачивать инсталляцию программы при переустановке Windows – далеко не самое разумное решение.