Учёный из СФУ создал программу-предсказатель новых химических соединений
Учёный Сибирского федерального университета Максим Молокеев предложил использовать машинное обучение для обнаружения взаимосвязи между химической формулой неорганических красных и инфракрасных люминофоров и длинной волны
Учёный Сибирского федерального университета Максим Молокеев предложил использовать машинное обучение для обнаружения взаимосвязи между химической формулой неорганических красных и инфракрасных люминофоров и длинной волны излучения, а также полушириной максимума излучения.
Обучение проводилось на случайной выборке (70%) из 300 соединений. Для проверки использовалась десятикратная кросс-валидация на тестовых образцах, которая показала точность прогноза +/– 30 нм, что является достойным результатом, поскольку диапазон прогнозируемых длин волн составляет от 620 до 1030 нм. По прогнозам специалистов, разработку можно использовать для решения ряда материаловедческих задач, в первую очередь, для поиска химических соединений, которые будут максимально «заточены» под конкретные отрасли и способы их применения.
В СФУ уже несколько лет ведётся важная работа по поиску особых химических соединений — люминофоров. Их используют, чтобы делать лампы дневного света, рекламную подсветку, а главное — чтобы выращивать различные сельскохозяйственные растения в теплицах, в том числе, в условиях гидропоники, не теряя полезных пищевых свойств. Учёный ИИФиРЭ Максим Молокеев предложил способ подбора подходящих люминофоров с помощью машинного обучения.
«На основе 300 научных статей из различных источников была систематизирована информация о составе и некоторых характеристиках люминофоров. Этот „информационный массив“ был использован для обучения модели в написанной мной программе машинного обучения. Программа оказалась способной ученицей — теперь она умеет по химической формуле прогнозировать люминесцентные свойства соединений. При этом достаточно ввести в программу составы, даже те, которые пока не существуют — их ещё химики не синтезировали, и она спрогнозирует, какие у этих потенциальных соединений будут люминесцентные свойства. И если они интересные, то стоит заняться исследованием и такое соединение создать в реальности», — рассказал доцент базовой кафедры физики твердого тела и нанотехнологий ИИФиРЭ СФУ Максим Молокеев.
Такую программу можно также использовать для коррекции уже известных химических соединений с хорошими квантовыми выходами, но не оптимальной длиной волны. Как бы «подстроить» длину волны излучения и сделать её более удобной для роста растения. Программа смоделирует небольшое изменение химического состав соединения, чтобы длина волны изменилась в нужную сторону.
По словам разработчика, сейчас многие его коллеги химики в России, включая коллег из Китая, стараются воплотить «прогнозы» новой программы и синтезировать ранее не существовавшие соединения, для которых программа предсказали длину волны. Если они совпадут в пределах +/– 30 нм, это докажет высокую практическую ценность новинки. Если же точность будет ниже ожидаемой, то модель получит новое задание и будет обучаться, восполняя пробелы в своих познаниях.
«Для тестов, конечно, программа уже прошла проверку скрытыми для неё данными из 90 соединений, вот как раз для них ошибка прогноза в среднем и составляла +/– 30 нм, что неплохо, поскольку длина волны в целом может быть от 620 до 1030 нм. Фактически, взято 300 соединений с известными составами и нужными свойствами и из них выбрано случайно 210 для обучения, а оставшиеся 90 спрятаны от программы. Программа обучилась на 210 образцах, примерно как студент в университете усваивает знания на лекции. Но реальное усваивание информации проверяется только „домашним заданием“. Задачи из прогноза характеристик 90 соединений и были заданы, при этом правильные ответы были скрыты. Оставалось только сверить прогноз с истинными значениями. И они неплохо совпали!», — резюмировал Максим Молокеев.
Учёный отметил, что на сбор данных понадобилось всего 4 дня, что открывает колоссальные перспективы использования статейных данных в будущем. При этом для построения модели потребовалась всего лишь химическая формула соединений и никаких сложных их структурных характеристик, что очень важно, поскольку химики могут воплотить в жизнь лишь определенную химическую формулу, а не наборы структурных параметров, таких как длина связей, валентные углы и т.д. А вот воспользоваться новым инструментом или создать такой инструмент для «предсказаний» может даже студент, прошедший курс машинного обучения.
Последние новости
День рождения депутата Законодательного Собрания Иркутской области
Степан Франтенко отмечает свой день рождения, представляя интересы жителей Усолья-Сибирского.
День памяти жертв фашизма: скорбь и благодарность
Мы чтим память тех, кто пострадал от нацистской агрессии.
![Новые Пацанки: Трансформация жизней на необитаемом острове](https://bratsk-gid.ru/images/noimg-420x315.png)
Новые Пацанки: Трансформация жизней на необитаемом острове
Три девушки из Иркутской области стремятся изменить свою судьбу через новое реалити-шоу.
ЦБ: Экономику России из-за эффекта домино может ждать двухлетний кризис
Экономику РФ из-за эффекта домино может ждать двухлетний кризис