Науковці створили інноваційний підхід для моніторингу наночастинок.

Мультидисциплінарна команда вчених представила новаторський метод спостереження за динамічною поведінкою наночастинок, об'єднуючи можливості штучного інтелекту та електронної мікроскопії.

Наночастинки, що вимірюються в "наноразмірних одиницях", займають важливе місце в багатьох сферах діяльності. Їх використання поширюється на фармацевтичну промисловість, електроніку та енергетичні матеріали. Нещодавні дослідження, опубліковані у журналі Science, мають потенціал суттєво змінити наше сприйняття цих основних елементів матерії. Візуалізація наночастинок в режимі реального часу відкриває нові горизонти для науки та виробництва.

Директор Центру науки про дані Нью-Йоркського університету та провідний автор дослідження Карлос Фернандес-Гранда акцентує увагу на значущості каталізаторів. "Вражаючі 90 відсотків усіх вироблених товарів у якийсь момент залежать від каталітичних процесів", - підкреслює він. Це підкреслює потребу в удосконалених методах вивчення атомарних взаємодій.

Електронна мікроскопія дозволяє вченим візуалізувати структури до атомного рівня. Однак швидкі зміни в наночастинках під час хімічних реакцій створюють значні труднощі. Такі спостереження потребують збору даних з надзвичайною швидкістю. На жаль, це часто призводить до зашумлених вимірювань.

Інноваційний метод штучного інтелекту, розроблений командою, ефективно усуває цей шум. Завдяки цьому стає можливим спостереження за атомною динамікою наночастинок. Дослідницька група включає фахівців з Університету штату Арізона, Корнельського університету та Університету штату Айова. Вони зуміли поєднати переваги електронної мікроскопії та штучного інтелекту.

Дослідники навчали глибоку нейронну мережу аналізувати та вдосконалювати зображення. Цей метод акцентує увагу на тонких варіаціях у розташуванні атомів. Такі варіації є ключовими для розуміння функціональних характеристик наночастинок у процесах каталізу.

При вивченні наночастинок команда виявила численні зміни в їхній структурі. Серед цих змін виділяються "флуктуаційні періоди", які відзначаються швидкими коливаннями атомної структури. Професор Девід С. Маттесон з Корнельського університету підкреслює значення нових підходів у дослідженні.

"Ми впровадили новий статистичний метод, що використовує топологічний аналіз даних", - пояснює Маттесон. Цей інноваційний підхід дозволяє кількісно оцінити флуктуаційність наночастинок. Також він допомагає відстежувати стабільність при переході між впорядкованим і невпорядкованим станами.

Підтримка дослідження була забезпечена грантами від Національного наукового фонду. Ця співпраця демонструє, як міждисциплінарні підходи приводять до революційних відкриттів. Штучний інтелект стає незамінним інструментом у вирішенні складних наукових проблем.

Команда планує розширити свої дослідження, вивчаючи подальше застосування ШІ в матеріалознавстві. Конвергенція методів візуалізації, статистичного аналізу та штучного інтелекту відкриває нові перспективи. Вона прокладає шлях до глибшого розуміння наночастинок та їхньої динаміки.