Сотрудники Центра искусственного интеллекта МГУ совместно с коллегами из Института искусственного интеллекта МГУ разработали нейросеть, объединяющую экспериментальные данные о взаимодействии металлов с органическими молекулами. Это позволило модели делать прогнозы для металлов, не включенных в обучение.
Органические молекулы, связывающие ионы металлов, называются лигандами. Стабильность образующихся комплексов определяет, насколько равновесие в растворе смещается в сторону связанного состояния. Эти данные важны для поиска веществ, используемых в процессах разделения и извлечения металлов, включая переработку отработавшего ядерного топлива.
Получение экспериментальных данных для таких соединений затруднено. Изучение актинидов ограничено радиоактивностью, стоимостью и доступностью образцов, а разделение редкоземельных элементов осложняется их сходными химическими свойствами. Точные квантово-химические расчеты требуют значительных вычислительных ресурсов.
Исследователи создали базу экспериментальных констант устойчивости, характеризующих образование комплексов в растворе. В базу вошли данные из международной базы NIST46 и научных публикаций с учетом состава соединений, температуры и ионной силы раствора.
На основе этих данных была обучена графовая нейронная сеть, представляющая органическую молекулу как схему атомов и связей, отдельно обрабатывающая характеристики металла и условия эксперимента. Это позволило одной модели использовать данные о комплексах различных металлов.
Была проверена способность модели оценивать соединения металлов, данные о которых не использовались при обучении. Точность прогнозов снижалась, но оставалась достаточной для качественной оценки устойчивости.
Модель также оценивает неопределенность своих прогнозов, что помогает выделять соединения с менее надежными расчетами. Исследователи проанализировали, какие фрагменты органических молекул наиболее влияют на предсказанную устойчивость комплексов, и обнаружили зависимости, согласующиеся с известными химическими принципами.
«Для некоторых актинидов экспериментальных данных мало. Мы объединили сведения о разных металлах, чтобы использовать общие закономерности их взаимодействия с органическими молекулами. Важно получать не только прогноз устойчивости, но и оценку его неопределенности. Такой подход поможет выбирать соединения для дальнейшей экспериментальной проверки», – отметил старший научный сотрудник Центра ИИ МГУ Артем Митрофанов.
Разработка может быть использована для предварительного отбора молекул, способных связывать редкоземельные элементы и актиниды. Исследование сосредоточено на комплексах, где одному иону металла соответствует одна молекула лиганда, и водных растворах. Применение к другим типам комплексов и растворителям требует дальнейших исследований.
Источник: msu.ru
распечатать статью
