Учені розкрили 100-річну таємницю кристала: які пристрої стануть від цього ефективнішими

Про це повідомляє interestingengineering.com.

Проблема полягала в тому, що понад сто років фахівці покладалися на кристалографію (аналіз рентгенівських дифракційних картин), а цей метод був ефективний лише для роботи з великими кристалами. У разі, коли доступними були тільки крихітні нанокристали, метод не працював.

Однак тепер із цією прогалиною впорався ШІ.

"Як ChatGPT вивчає закономірності мови, модель ШІ вивчила закономірності розташування атомів, які допускає природа", — пояснив професор матеріалознавства, прикладної фізики та прикладної математики Columbia Engineering Саймон Білліндж.

Чому кристалографія не працює

Традиційні методи рентгенівської дифракції покладаються на чисті, великі кристали для створення чітких дифракційних картин, багатих на атомну інформацію. Коли в розпорядженні дослідників є тільки порошки або суспензії нанокристалів, картина стає занадто деформованою. З цим недоліком стикалися різні галузі, де робота йде в основній з невеликими зразками, — від розробки ліків до археології.

Команда Колумбійського університету звернулася до дифузійного генеративного моделювання, методу ШІ, популяризованого такими генераторами зображень, як Midjourney і Sora. Вони навчили свою модель на наборі даних 40 тис. відомих атомних структур. При цьому порядок структур навмисно перемішали, щоб навчити ШІ, як створювати осмислений порядок із хаосу.

У процесі навчання ШІ навчився зіставляти погано роздільні дифракційні дані з найімовірнішими атомними розташуваннями, спостерігаючи незліченні кристалічні структури впродовж усього навчання і реконструкції фігур.

Ці конструкції були додатково відшліфовані в процесі, званому уточненням Рітвельда, який точніше зіставив їх із даними дифракції.

Кристалографія як місток між поколіннями

"Проблема порошкової кристалографії — це споріднена проблема знаменитої проблеми згортання білка, де форма молекули виводиться побічно з лінійної сигнатури даних", — сказав Ход Ліпсон, який разом із Саймоном Біллінджем запропонував дослідження.

Для Діпсона проєкт має особливе значення — адже дід Хода Ліпсона Генрі Ліпсон стояв біля витоків 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.

Також Фокус писав, що дослідники з університету штату Орегон виявили нові кристали, які можуть зберігати інформацію, записану виключно за допомогою світла.

Раніше стало відомо, що нанокристали, розташовані всередині деяких найдавніших порід, можуть розповісти історію виникнення життя на Землі.