Вчені розробили новий метод спостереження за наночастинками

Мультидисциплінарна команда вчених представила новаторський метод спостереження за динамічною поведінкою наночастинок, об’єднуючи можливості штучного інтелекту та електронної мікроскопії.

Наночастинки, що мають розмір у “мільярдні частки метра”, відіграють ключову роль у багатьох галузях. Їхнє застосування охоплює фармацевтику, електроніку та матеріали для перетворення енергії. Результати дослідження, опубліковані в журналі Science, обіцяють змінити наше розуміння цих фундаментальних будівельних блоків матерії. Візуалізація наночастинок у реальному часі відкриває нові можливості для науки та виробництва.

Директор Центру науки про дані Нью-Йоркського університету та провідний автор дослідження Карлос Фернандес-Гранда підкреслює важливість каталітичних систем. «Приголомшливі 90 відсотків усіх вироблених продуктів на певному етапі покладаються на каталітичні процеси», – зазначає він. Це демонструє необхідність вдосконалених методів дослідження взаємодій на атомному рівні.

Подолання викликів у дослідженні наночастинок

Електронна мікроскопія дозволяє вченим візуалізувати структури до атомного рівня. Однак швидкі зміни в наночастинках під час хімічних реакцій створюють значні труднощі. Такі спостереження потребують збору даних з надзвичайною швидкістю. На жаль, це часто призводить до зашумлених вимірювань.

Інноваційний метод штучного інтелекту, розроблений командою, ефективно усуває цей шум. Завдяки цьому стає можливим спостереження за атомною динамікою наночастинок. Дослідницька група включає фахівців з Університету штату Арізона, Корнельського університету та Університету штату Айова. Вони зуміли поєднати переваги електронної мікроскопії та штучного інтелекту.

Автори навчили глибоку нейронну мережу інтерпретувати та покращувати зображення. Цей підхід виводить на перший план тонкі зміни в розташуванні атомів. Такі зміни мають вирішальне значення для розуміння функціональності наночастинок під час каталізу.

Нові відкриття та їхнє значення

Досліджуючи наночастинки, команда виявила різноманітні зміни в їхній структурі. Серед них – “флуктуаційні періоди”, що характеризуються швидкими змінами атомної структури. Професор Корнельського університету Девід С. Маттесон висвітлює важливість нових підходів до аналізу.

«Ми впровадили новий статистичний метод, що використовує топологічний аналіз даних», – пояснює Маттесон. Цей інноваційний підхід дозволяє кількісно оцінити флуктуаційність наночастинок. Також він допомагає відстежувати стабільність при переході між впорядкованим і невпорядкованим станами.

Підтримка дослідження була забезпечена грантами від Національного наукового фонду. Ця співпраця демонструє, як міждисциплінарні підходи приводять до революційних відкриттів. Штучний інтелект стає незамінним інструментом у вирішенні складних наукових проблем.

Команда планує розширити свої дослідження, вивчаючи подальше застосування ШІ в матеріалознавстві. Конвергенція методів візуалізації, статистичного аналізу та штучного інтелекту відкриває нові перспективи. Вона прокладає шлях до глибшого розуміння наночастинок та їхньої динаміки.