Дослідники створили модель штучного інтелекту, яка може відновлювати відсутні атоми у відомих кристалічних структурах. Для цього вони використали принцип, схожий на інпайнтинг у генерації зображень, коли алгоритм відновлює частину фотографії, якої бракує.
Система XtalPaint
Нову систему під назвою XtalPaint розробила команда Джованні Піцці з Центру наукових обчислень, теорії та даних PSI спільно з дослідниками з університетів Парми та Модени. Результати роботи опубліковані в npj Computational Materials.
Проблема, яку вирішує модель, досить практична. Для комп’ютерного моделювання властивостей матеріалу потрібно знати точне розташування всіх атомів у кристалі. Якщо частина координат відсутня або вказана неправильно, дослідники не можуть нормально використовувати таку структуру для подальших розрахунків.
XtalPaint використовує підхід із комп’ютерного зору. У звичайному інпайнтингу алгоритм отримує зображення з пошкодженою або відсутньою ділянкою і відновлює її, орієнтуючись на навколишні елементи.
У випадку з кристалами принцип схожий. Модель не перебудовує всю структуру, а працює лише з ділянками, де відсутні атоми. Відомі координати залишаються майже незмінними й слугують орієнтиром для алгоритму.
XtalPaint створили на основі моделі MatterGen від компанії Microsoft, яка призначена для генерації нових кристалічних структур. Однак нова система має інше завдання: вона не вигадує матеріал з нуля, а доповнює вже відому структуру.
Під час тестів дослідники навмисно видаляли з кристалічних структур координати водню, після чого просили XtalPaint відновити їх. У 87% випадків модель змогла відтворити початкову структуру. Ще у 10% випадків вона створила іншу конфігурацію, яка виявилася енергетично стабільнішою за структуру, зафіксовану в базі даних.
Таким чином, загальний показник успішних результатів досяг 97%.