Ученые в тысячи раз ускорили моделирование реакций молекул на свет
Нейросеть МГУ позволяет за несколько часов выполнять моделирование фотохимических процессов, которое прежде занимало месяцы. Метод поможет исследовать механизмы зрения и фотосинтеза, а также создавать светочувствительные материалы.
Источник: Анастасия Боченкова / МГУ имени М.В. Ломоносова. Коллектив авторов исследования.
МОСКВА, 15 августа /Новости науки/. Ученые МГУ разработали нейросетевой метод для быстрого моделирования реакций молекул на свет. Об этом сообщила пресс-служба Российского научного фонда&
Алгоритм в тысячи раз ускоряет сложные квантово-химические расчеты, сохраняя их высокую точность. В перспективе разработка упростит создание светящихся меток для диагностики заболеваний, инструментов для управления клетками мозга с помощью света, солнечных батарей и фотокатализаторов.
«Мы разработали вычислительный инструмент нового поколения, способный кратно ускорить и удешевить разработку биомедицинских технологий», — рассказала руководитель проекта Анастасия Боченкова, заведующая лабораторией квантовой фотодинамики химического факультета МГУ.
Метод основан на трансферном обучении. Сначала нейросеть обучают на большом объеме сравнительно недорогих расчетов, а затем дополнительно настраивают с помощью небольшой выборки гораздо более точных данных. Благодаря этому ученым не приходится проводить тысячи наиболее ресурсоемких вычислений.
Возможности алгоритма проверили на катионе метаниминия — небольшой молекуле, которая служит упрощенной моделью светочувствительного центра зрительных белков. Это соединение также участвует в химических процессах в атмосфере Титана, крупнейшего спутника Сатурна.
Расчеты показали, что после поглощения света молекула за фемтосекунды — квадриллионные доли секунды — переходит между двумя электронными состояниями, а затем распадается. Исследователи полностью описали семь конкурирующих путей реакции, включая разрыв связи между углеродом и азотом и отщепление атомов или молекулы водорода.
Ранее нейросеть помогла обнаружить неизвестный путь распада катиона метаниминия, при котором образуются молекулярный водород и протонированная синильная кислота — один из наиболее распространенных ионов в верхней атмосфере Титана. Ученые также показали, что исходом реакции можно управлять, избирательно возбуждая определенные колебания молекулы.
Авторы дополнительно создали математическую модель, которая определяет продолжительность отдельных состояний молекулы и время ее распада по каждому каналу. Результаты исследования [опубликованы в Journal of Chemical Physics.
Фотохимические реакции лежат в основе зрения и фотосинтеза. Участвующие в них хромофоры поглощают свет, переходят в возбужденное состояние и изменяют структуру окружающей молекулы. Точное описание таких превращений методами квантовой химии требует больших вычислительных мощностей и может занимать даже на суперкомпьютере несколько месяцев.
Алгоритм в тысячи раз ускоряет сложные квантово-химические расчеты, сохраняя их высокую точность. В перспективе разработка упростит создание светящихся меток для диагностики заболеваний, инструментов для управления клетками мозга с помощью света, солнечных батарей и фотокатализаторов.
«Мы разработали вычислительный инструмент нового поколения, способный кратно ускорить и удешевить разработку биомедицинских технологий», — рассказала руководитель проекта Анастасия Боченкова, заведующая лабораторией квантовой фотодинамики химического факультета МГУ.
Метод основан на трансферном обучении. Сначала нейросеть обучают на большом объеме сравнительно недорогих расчетов, а затем дополнительно настраивают с помощью небольшой выборки гораздо более точных данных. Благодаря этому ученым не приходится проводить тысячи наиболее ресурсоемких вычислений.
Возможности алгоритма проверили на катионе метаниминия — небольшой молекуле, которая служит упрощенной моделью светочувствительного центра зрительных белков. Это соединение также участвует в химических процессах в атмосфере Титана, крупнейшего спутника Сатурна.
Расчеты показали, что после поглощения света молекула за фемтосекунды — квадриллионные доли секунды — переходит между двумя электронными состояниями, а затем распадается. Исследователи полностью описали семь конкурирующих путей реакции, включая разрыв связи между углеродом и азотом и отщепление атомов или молекулы водорода.
Ранее нейросеть помогла обнаружить неизвестный путь распада катиона метаниминия, при котором образуются молекулярный водород и протонированная синильная кислота — один из наиболее распространенных ионов в верхней атмосфере Титана. Ученые также показали, что исходом реакции можно управлять, избирательно возбуждая определенные колебания молекулы.
Авторы дополнительно создали математическую модель, которая определяет продолжительность отдельных состояний молекулы и время ее распада по каждому каналу. Результаты исследования [опубликованы в Journal of Chemical Physics.
Фотохимические реакции лежат в основе зрения и фотосинтеза. Участвующие в них хромофоры поглощают свет, переходят в возбужденное состояние и изменяют структуру окружающей молекулы. Точное описание таких превращений методами квантовой химии требует больших вычислительных мощностей и может занимать даже на суперкомпьютере несколько месяцев.
