Российские учёные представили на международной конференции ICML в Сеуле новый алгоритм искусственного интеллекта Uni-Bond, который решает важную техническую задачу в области вычислительной химии — переводит трёхмерные структуры молекул в плоские химические формулы.
Разработка позволяет связать между собой два типа программ, которые раньше работали разрозненно: инструменты физического 3D-моделирования молекул и алгоритмы машинного обучения, предсказывающие свойства веществ.
Традиционные программы определяют химические связи между атомами, ориентируясь на расстояния между ними. Uni-Bond устроен иначе: алгоритм анализирует геометрию молекулы целиком и на основе трёхмерных координат сразу строит граф связей. Такой подход роднит его с методами физического моделирования и многими генеративными нейросетями, которые оперируют похожими принципами.
Работоспособность алгоритма протестировали на кластерах воды — сложном случае, где отдельные молекулы расположены очень близко друг к другу, но при этом не образуют между собой химических связей. Задача была в том, чтобы не спутать физическую близость с реальной химической связью. Uni-Bond справился с этим корректно: он правильно определил связи внутри молекул и исключил ложные связи между разными молекулами. Точность метода составила 99,53%, а частота ошибок снизилась в 20 раз по сравнению с существующими подходами.
На данный момент нейросеть распознаёт пять типов химических связей: отсутствие связи, одинарную, двойную, тройную и ароматическую связь. Благодаря тому, что алгоритм анализирует молекулу комплексно, а не по отдельным фрагментам, он устойчив к шумам и искажениям геометрии — это особенно важно для работы со сложными структурами, включая явление таутомерии (когда молекула может существовать в нескольких взаимопревращающихся формах).
Разработчики планируют развивать алгоритм в двух направлениях: научить его работать с заряженными частицами и радикалами, а также применять для проверки и улучшения молекулярных структур, которые генерируют другие нейросети. Это может расширить область применения Uni-Bond — от фундаментальных исследований до практической разработки новых материалов и лекарств, где точное определение химических связей играет ключевую роль.
РПХ
Иллюстрация — РПХ