Специалисты из Национальной ускорительной лаборатории SLAC представили новый алгоритм, который обеспечивает беспрецедентную точность при изучении молекул на микроуровне. Этот метод основывается на разрушении молекулы с помощью рентгеновского импульса, после чего ее структура восстанавливается на основе данных, полученных с детектора, с применением искусственного интеллекта. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.
Ранее учёные сталкивались с трудностями при исследовании отдельных свободно движущихся молекул, поскольку существующие методы требовал их фиксации или усреднения данных по множеству частиц. Новый метод, известный как кулоновский взрыв, предлагает элегантное решение этой проблемы. Рентгеновский импульс воздействует на отдельную молекулу в вакууме, выбивая электроны и создавая положительные ионы, которые затем быстро отталкиваются друг от друга, попадая на детектор. Анализ их скорости и направления полета позволяет восстановить исходную структуру молекулы.
Основные сложности воссоздания точной картины возникали из-за вычислительных ограничений, так как атомы немного смещались перед тем, как разлетались. Новая модель искусственного интеллекта обучалась на десятках тысяч виртуальных симуляций молекулярных взрывов. Двухэтапная система обучения позволила алгоритму выявлять закономерности, игнорируемые традиционными уравнениями, что в итоге дало возможность точно определять места химических связей.
В будущем ученые планируют адаптировать данный алгоритм для работы с более сложными молекулами, включая белки. Это откроет возможности для создания «молекулярных фильмов», демонстрирующих процесс химических реакций в динамическом режиме. Ожидается, что новая технология найдет широкое применение в медицине и промышленности. Ранее российские учёные также разработали ИИ-модель, учитывающую трехмерную геометрию молекул для более точного прогнозирования их оптических свойств.