Специалисты из Национальной ускорительной лаборатории SLAC раскрыли новый алгоритм, который предоставляет возможность исследовать микромир с небывалой ранее точностью. Этот метод основан на разрушении молекул с помощью рентгеновского импульса и восстановлении их структурной информации с использованием данных, полученных детекторами, с помощью искусственного интеллекта. О результатах работы рассказано в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
До появления данного метода ученым было трудно исследовать свободно плавающие молекулы, так как существующие технологии требовали их фиксации или усреднения данных по множеству частиц. Метод кулоновского взрыва решает эти сложности элегантным образом. Рентгеновский импульс ударяет по одной молекуле, вырывая электроны, а образовавшиеся положительные ионы отталкиваются друг от друга и фиксируются детектором. Анализ скорости и направления их движения позволяет получить информацию о первоначальной структуре молекулы.
До сих пор точное воссоздание молекулярной структуры было затруднено высокими вычислительными нагрузками, так как атомы успевали немного сместиться до разлета. Новый искусственный интеллект был обучен на тысячах виртуальных молекулярных симуляций, что позволило нейросети выявлять закономерности, недоступные классическим уравнениям. Таким образом, алгоритм способен точно идентифицировать места химических связей.
В дальнейшем планируется адаптация алгоритма для работы с более крупными молекулами, такими как белки. Это создаст возможности для разработки молекулярных фильмов, отображающих химические реакции поэтапно. Полученная технология обещает найти широкий спектр применения в медицине и промышленности. Ранее российские исследователи также создали ИИ-модель, которая учитывает трехмерную геометрию молекул, повышая точность предсказания их оптических свойств.