ИИ помог учёным разобраться в структуре жидкой воды

Вода — самая загадочная жидкость на Земле

Вы когда-нибудь задумывались, почему вода при замерзании расширяется, а не сжимается, как большинство жидкостей? Это одно из её аномальных свойств, которое учёные пытаются объяснить уже много лет. Оказывается, всё дело в микроскопической структуре: молекулы воды образуют сеть водородных связей, которая постоянно меняется. Но до сих пор не было единой системы, чтобы описать эти изменения. И вот исследователи из Университета Осаки решили привлечь к делу искусственный интеллект. Об этом сообщает портал Phys.org.

Две жидкости в одной

Аномалии воды становятся особенно заметными, когда её переохлаждают — то есть охлаждают ниже точки замерзания, но она остаётся жидкой. В таком состоянии вода как будто состоит из двух конкурирующих форм: высокоплотной жидкости (HDL) и низкоплотной жидкости (LDL). При повышении температуры HDL-структуры начинают преобладать. Но как понять, какая из них где? Для этого нужны точные описания — структурные дескрипторы.

Нейросеть оценила дескрипторы

Учёные использовали нейронную сеть, чтобы проверить, насколько разные дескрипторы — например, тетраэдрический порядок связей или локальная плотность — способны различать HDL и LDL. Сеть обучали на данных компьютерных экспериментов (молекулярной динамики) и методом проб и ошибок сравнивала 16 дескрипторов. «Мы хотели понять, какие из них точнее всего отражают ключевую структурную информацию, — объясняет соавтор исследования Канг Ким. — Это похоже на то, как работает человеческое познание». В итоге нейросеть определила самые эффективные дескрипторы.

Что это даёт нам?

Результаты помогут глубже понять, откуда берутся аномальные свойства воды и как связаны её структура и термодинамика. Возможно, в будущем это позволит создавать более точные модели воды — а значит, и лучше прогнозировать погоду, разрабатывать новые материалы или даже понимать, как работает жизнь на молекулярном уровне. Ведь вода — основа всего живого.