51
Мультидисциплинарная команда ученых представила новаторский метод наблюдения за динамическим поведением наночастиц, объединяя возможности искусственного интеллекта и электронной микроскопии.
Наночастицы, имеющие размер в миллиардные доли метра, играют ключевую роль во многих отраслях. Их применение включает фармацевтику, электронику и материалы для преобразования энергии. Результаты исследования, опубликованные в журнале Science, обещают поменять наше понимание этих фундаментальных строительных блоков материи. Визуализация наночастиц в реальном времени открывает новые возможности науки и производства.
Директор Центра науки о данных Нью-Йоркского университета и ведущий автор исследования Карлос Фернандес-Гранда подчеркивает важность каталитических систем. «Потрясающие 90 процентов всех производимых продуктов на определенном этапе полагаются на каталитические процессы», – отмечает он. Это демонстрирует необходимость усовершенствованных методов исследования взаимодействий на атомном уровне.
Преодоление вызовов в исследовании наночастиц
Электронная микроскопия позволяет учёным визуализировать структуры до атомного уровня. Однако быстрые изменения наночастиц во время химических реакций создают значительные трудности. Такие наблюдения требуют сбора данных с высокой скоростью. К сожалению, это часто приводит к зашумленным измерениям.
Инновационный метод искусственного интеллекта, разработанный командой, эффективно устраняет этот шум. Благодаря этому становится возможным наблюдение за атомной динамикой наночастиц. Исследовательская группа включает специалистов из Университета штата Аризона, Корнельского университета и Университета штата Айова. Они сумели объединить преимущества электронной микроскопии и искусственного интеллекта.
Авторы научили глубокую нейронную сеть интерпретировать и улучшать изображение. Этот подход выводит на первый план тонкие изменения в расположении атомов. Такие изменения имеют решающее значение для понимания функциональности наночастиц во время катализа.
Новые открытия и их значение
Исследуя наночастицы, команда обнаружила различные изменения в их структуре. Среди них – "флуктуационные периоды", характеризующиеся быстрыми изменениями атомной структуры. Профессор Корнельского университета Дэвид С. Маттесон освещает значимость новейших подходов к анализу.
"Мы внедрили новый статистический метод, использующий топологический анализ данных", – объясняет Маттесон. Этот инновационный подход позволяет количественно оценить флуктуационность наночастиц. Также он помогает отслеживать стабильность при переходе между упорядоченным и неупорядоченным состояниями.
Поддержка исследования была обеспечена грантами Национального научного фонда. Это сотрудничество показывает, как междисциплинарные подходы приводят к революционным открытиям. Искусственный интеллект становится незаменимым инструментом в решении сложных научных проблем.
Команда планирует расширить свои исследования, изучая дальнейшее применение ИИ в материаловедении. Конвергенция методов визуализации, статистического анализа и искусственного интеллекта открывает новые перспективы. Она прокладывает путь к более глубокому пониманию наночастиц и их динамике.
