Ученые из Национальной ускорительной лаборатории SLAC представили алгоритм, позволяющий заглянуть в микромир с невиданной ранее точностью. Он предполагает разрушение молекулы импульсом рентгеновского излучения и восстановление ее структуры по полученным детектором данным через ИИ. Статья о разработке опубликована в журнале Nature Communications.
До сих пор исследователям было сложно изучать отдельные свободно плавающие молекулы. Существующие методы требуют фиксации объектов или усредняют данные по множеству частиц. Метод кулоновского взрыва элегантно решает эту проблему. Рентгеновский импульс ударяет по одиночной молекуле в вакууме, срывая с нее электроны. Оставшиеся положительные ионы резко отталкиваются друг от друга и попадают на детектор. Скорость и направление их полета помогают понять исходную структуру молекулы.
Машинное обучение спешит на помощь
Ранее воссоздать точную картину было почти невозможно из-за высоких вычислительных ограничений. Атомы успевают немного сместиться до того, как разлетятся в стороны. Кроме того, добавление каждого нового атома многократно усложняет математические расчеты.
Новая модель искусственного интеллекта училась на десятках тысяч виртуальных симуляций молекулярных взрывов. Двухэтапная система обучения позволила нейросети находить закономерности там, где обычные уравнения давали сбой. В итоге программа научилась точно определять места химических связей.
В будущем алгоритм планируют адаптировать для работы с более крупными молекулами, включая белки. Это позволит создавать своеобразные молекулярные фильмы, показывающие ход химических реакций буквально кадр за кадром. Технология найдет самое широкое применение в современной медицине и промышленности.
Ранее российские исследователи разработали ИИ-модель, которая учитывает трехмерную геометрию молекул и точнее предсказывает их оптические свойства.
