Forskare vid universiteten i Wien och Göttingen har lyckats utveckla en metod för att förutsäga molekylära infraröda spektra baserade på artificiell intelligens. Dessa kemiska "fingeravtryck" kunde endast simuleras med vanliga förutsägelsestekniker för små molekyler i hög kvalitet. Med hjälp av den nya tekniken, som är baserat på neuronala nätverk som liknar den mänskliga hjärnan och därför kan lära sig, teamet som leddes av Philipp Marquetand från fakulteten för kemi vid universitetet i Wien kunde utföra simuleringar som tidigare inte var möjliga. Potentialen i denna nya strategi har nu publicerats i det aktuella numret av tidskriften Kemisk vetenskap .

Drastiska framsteg inom forskning av artificiell intelligens har lett till ett brett spektrum av fascinerande utvecklingar på detta område under det senaste decenniet. Autonomt drivna bilar, men också vardagliga applikationer som sökmotorer och skräppostfilter illustrerar mångsidigheten hos metoder från artificiell intelligens.

Infraröd spektroskopi är en av de mest värdefulla experimentella metoderna för att få insikt i molekylernas värld. Infraröda spektra är kemiska fingeravtryck som ger information om sammansättning och egenskaper hos ämnen och material. I många fall, dessa spektra är mycket komplexa-en detaljerad analys gör datorstödda simuleringar oumbärliga. Medan kvantkemiska beräkningar i princip möjliggör extremt exakt förutsägelse av infraröda spektra, deras tillämpbarhet i praktiken försvåras av den höga beräkningsinsats som är förknippad med dem. Av denna anledning, tillförlitliga infraröda spektra kan bara beräknas för relativt små kemiska system.

Forskarna har nu hittat ett sätt att påskynda dessa simuleringar med artificiell intelligens. För det här syftet, så kallade artificiella neurala nätverk används, matematiska modeller av den mänskliga hjärnan. Dessa kan lära sig de komplexa kvantmekaniska samband som är nödvändiga för modellering av infraröda spektra genom att bara använda några få exempel. På det här sättet, forskarna kan utföra simuleringar inom några minuter, som annars skulle ta tusentals år även med moderna superdatorer - utan att ge avkall på tillförlitligheten. "Vi kan nu äntligen simulera kemiska problem som inte kunde övervinnas med de simuleringstekniker som använts hittills, "säger Michael Gastegger, studiens första författare.

Baserat på resultaten av denna studie, forskarna är övertygade om att deras metod för spektraförutsägelse kommer att användas i stor utsträckning vid analys av experimentella infraröda spektra i framtiden.