Відкриття може допомогти створювати ефективніші матеріали для батарей нового покоління, а також стати у пригоді в інших галузях науки.
Про це повідомляє Interesting Engineering.
- Чому крихітний кристал став великою проблемою
Понад сто років дослідники використовували кристалографію, зокрема аналіз рентгенівських дифракційних картин, щоб з'ясувати, як саме розташовані атоми всередині матеріалу.
Але в цього методу є важливе обмеження: для отримання чіткої картини потрібні достатньо великі та чисті кристали. Якщо ж дослідникам доступні лише порошки або суспензії з нанокристалами, сигнал стає значно складнішим і втрачає частину інформації про атомну структуру.
Саме тут виникала своєрідна наукова «сліпа зона». Наноматеріали активно використовують у сучасних технологіях, але розібрати їхню структуру за допомогою класичної кристалографії було надзвичайно складно.
Тепер цю проблему спробував розв'язати ШІ.
- Як штучний інтелект навчився знаходити атоми
Команда Columbia Engineering використала дифузійне генеративне моделювання, той самий клас технологій, який лежить в основі сучасних генераторів зображень.
Модель навчили на 40 тисячах відомих атомних структур. Під час тренування порядок у цих структурах навмисно перемішували, щоб система навчилася відновлювати логічну послідовність із хаотичних даних.
Зрештою ШІ навчився порівнювати нечіткі дифракційні сигнали з величезною кількістю відомих кристалічних структур і визначати, яке розташування атомів найімовірніше відповідає отриманим даним.
«Як ChatGPT вивчає закономірності мови, модель ШІ вивчила закономірності розташування атомів, які допускає природа», — пояснив професор Columbia Engineering Саймон Білліндж.
Після цього отримані моделі додатково уточнювали за допомогою методу Рітвельда. Він дозволив точніше узгодити реконструйовану атомну структуру з реальною дифракційною інформацією.
- Чому це важливо для майбутніх технологій
Новий підхід може дати дослідникам можливість працювати з матеріалами, які раніше було надто складно досліджувати через їхній крихітний розмір.
Один із найбільш перспективних напрямів — батареї наступного покоління. Щоб створювати ефективніші акумулятори, ученим потрібно добре розуміти, як атоми розташовані в матеріалах і як ця структура впливає на їхні властивості.
Але потенційне застосування значно ширше. Подібні проблеми виникають у розробленні ліків, дослідженні матеріалів та археології, де часто доводиться працювати з дуже малими або складними зразками.
Дослідник Ход Ліпсон зазначив, що ця задача нагадує знамениту проблему згортання білка, коли складну форму молекули також потрібно визначити опосередковано за даними.
Для нього відкриття має ще й особистий вимір. Його дід Генрі Ліпсон був одним із піонерів обчислювальної кристалографії майже століття тому.
«Що мене особливо хвилює, то це те, що за відносно невеликих базових знань у галузі фізики або геометрії ШІ зміг навчитися розв'язувати головоломку, яка ставила в глухий кут дослідників-людей упродовж століття», — наголосив Ход Ліпсон.
ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ:
- 1200-річна таємниця зубів валлабі: археологи знайшли в Австралії незвичайні давні прикраси
- Земні мікроорганізми витримали умови океану супутника Сатурна: що це нам дає
- Мікроби з Австралії показали, як могло початися складне життя на Землі мільярди років тому