Машинное обучение и ИИ помогают ученым определять конфигурации атомов

Ученые Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) разработали новый метод машинного обучения для экспериментов по атомной физике. Вместе со спектроскопией ядерного магнитного резонанса (ЯМР) он поможет в рекордно короткие сроки определять местоположение атомов в порошкообразных телах.

Новая методика применима к сложным молекулам из тысячи атомов и представляет особый интерес для фармацевтической промышленности.

Многие лекарственные препараты выпускают в виде порошкообразных твердых веществ. Но чтобы понять, как активные ингредиенты поведут себя в организме человека, ученые должны знать их точную атомную структуру. Например, расположение молекул внутри кристалла напрямую связано с его растворимостью. Поэтому исследователи упорно работают над технологией, которая поможет распознать структуру микрокристаллических порошков.

Недавно команда ученых из Федеральной политехнической школы Лозанны разработала программу машинного обучения, которая помогает очень быстро предсказать реакцию атомов на внешнее магнитное поле. Чтобы определять точное положение атомов в сложных органических смесях, программу совместили со спектроскопией ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Технология может принести огромную пользу фармацевтическим компаниям, которые в соответствии с требованиями безопасности тщательно контролируют состав лекарств.

Исследователи обучили ИИ на молекулярных структурах, взятых из обширных баз данных. «Даже для относительно простых молекул модель работает в 10 000 раз быстрее, чем существующие методы. При изучении более сложных соединений ее преимущество еще значительнее. Для того, чтобы предсказать результаты химического сдвига в ЯМР кристалла с 1600 атомов, наша методика ShiftML требует около шести минут. Традиционные способы займут 16 лет»,— объясняет руководитель Лаборатории вычислительной науки и моделирования EPFL и соавтор исследования Микеле Чериотти.

Программа свободно доступна онлайн. «Любой желающий может загрузить кристаллическую структуру и получить результаты ЯМР всего за несколько минут», — говорит Чериотти.