Специалисты из Национальной ускорительной лаборатории SLAC представили уникальный алгоритм, предоставляющий возможность изучения микромира с высокой степенью точности. Этот метод основан на разрушении молекул с помощью рентгеновского излучения и использовании искусственного интеллекта для восстановления их структуры на основе данных, полученных от детекторов. Статья с описанием данного достижения была опубликована в журнале Nature Communications.
Ранее ученые сталкивались с трудностями в исследовании отдельных молекул, так как традиционные методы требовали их фиксирования или запрашивали усреднение данных по нескольким частицам. Новый метод кулоновского взрыва предлагает элегантное решение этой проблемы. Рентгеновский импульс воздействует на одну молекулу в вакууме, срывая электроны и оставляя положительные ионы, которые стремительно разбегаются, попадая на детекторы. Их скорость и направление полета помогают восстановить исходную структуру молекулы.
Сложности в точном воссоздании изображений возникали из-за вычислительных ограничений — атомы успевали немного сместиться прежде, чем разрушались. Новая модель ИИ была обучена на десятках тысяч симуляций молекулярных взрывов, что позволило ей выявлять закономерности, недоступные для традиционных математических уравнений. В результате система научилась точно определять местоположение химических связей.
В дальнейшем планируется адаптация алгоритма для работы с более крупными молекулами, такими как белки, что откроет возможность создания молекулярных фильмов, наглядно демонстрирующих химические реакции по кадрам. Эта технология имеет потенциал для широкого применения в современных областях медицины и промышленности. Ранее российские исследователи также разработали ИИ-модель, учитывающую трехмерную геометрию молекул для более точного предсказания их оптических свойств.