Calcular las "huellas" de las moléculas con inteligencia artificial
Con los métodos convencionales, el cálculo de la huella espectral de las moléculas más grandes requiere mucho tiempo. Pero esto es un requisito previo para interpretar correctamente los datos obtenidos experimentalmente. Ahora, un equipo del HZB ha conseguido muy buenos resultados en mucho menos tiempo utilizando redes neuronales gráficas de autoaprendizaje.
La red neuronal gráfica GNN recibe pequeñas moléculas como entrada con la tarea de determinar sus respuestas espectrales. Al compararlas con los espectros conocidos, el programa GNN aprende a calcular los espectros de forma fiable.
© K. Singh, A. Bande/HZB
"Las macromoléculas, pero también los puntos cuánticos, que a menudo están formados por miles de átomos, difícilmente pueden calcularse de antemano con métodos convencionales como la DFT", afirma la doctora Annika Bande del HZB. Con su equipo ha investigado ahora cómo se puede acortar el tiempo de cálculo utilizando métodos de la inteligencia artificial.
La idea: un programa informático del grupo de las "redes neuronales gráficas" o GNN recibe pequeñas moléculas como entrada con la tarea de determinar sus respuestas espectrales. En el siguiente paso, el programa GNN compara los espectros calculados con los espectros objetivo conocidos (DFT o experimentales) y corrige la ruta de cálculo en consecuencia. Ronda tras ronda, el resultado es cada vez mejor. Así, el programa GNN aprende por sí mismo a calcular los espectros de forma fiable con la ayuda de los espectros conocidos.
"Hemos entrenado cinco GNN más recientes y hemos comprobado que se pueden conseguir enormes mejoras con uno de ellos, el modelo SchNet: La precisión aumenta un 20% y esto se consigue en una fracción del tiempo de cálculo", afirma el primer autor, Kanishka Singh. Singh participa en la escuela de posgrado HEIBRiDS y es supervisado por dos expertos de distinta procedencia: el profesor Ulf Leser, experto en informática de la Universidad Humboldt de Berlín, y la química teórica Annika Bande.
"Los marcos GNN desarrollados recientemente podrían ser aún mejores", afirma. "Y la demanda es muy alta. Por lo tanto, queremos reforzar esta línea de investigación y estamos planeando crear un nuevo puesto postdoctoral para ello a partir del verano, como parte del proyecto Helmholtz "Inteligencia Artificial eXplicable para la Espectroscopia de Absorción de Rayos X"."
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