PhAI——一种可以确定晶体衍射 X 射线相位的人工智能系统

Josiah01

哥本哈根大学的三位化学家开发了一款人工智能应用程序，可用于确定晶体衍射的 X 射线相位，以预测小分子结构。
在《科学》杂志上发表的论文中，Anders Larsen、Toms Rekis 和 Anders Madsen 描述了他们如何开发他们的系统以及它在测试过程中的运行情况。
过去几年，化学家和计算机科学家联手开发了人工智能应用程序，可用于协助化学家完成各种应用。由于许多化学反应都是通过反复试验来完成的，因此这类应用程序非常适合。
例如，最近开发了一款用于预测蛋白质结构的人工智能应用程序。在这项新研究中，研究人员利用人工智能创建了一款可以对小分子进行同样预测的应用程序。
研究人员指出，目前预测特定小分子结构的过程包括将一批小分子转化为固体晶体，然后向其发射 X 射线束。X 射线束中的电子在以某种模式撞击晶体后会四处反弹——通过分析这种模式，化学家可以计算出组成晶体的分子结构。
但有一个问题：虽然在发射过程中测量 X 射线的强度相对容易，但研究人员无法测量它们的相位。正因为如此，他们必须经常猜测，这往往导致他们所说的模糊衍射图案。在这项新研究中，研究三人组找到了一种使用人工智能来发现图案独特性的方法，即使图案是模糊的。
为了创建他们的人工智能应用程序（他们称之为 PhAI），该团队使用计算机模型创建了数百万个假的小分子结构，然后计算出由于其晶体结构较差而产生的模糊衍射图案。
然后，他们利用这些结果训练人工智能，让其了解晶体与产生的模糊图案之间的关系。这样做不仅为他们提供了所需的相位和强度信息，还为他们提供了数百万个可能分子的输出。他们利用这些信息进行最终训练。
该系统的测试表明，它能够准确预测 2,400 种已知结构的实际小分子的结构。研究团队计划继续他们的工作，希望将 PhAI 的功能扩展到 50 个原子分子之外。