Materiały stworzone przez naukowców z MIT to przedstawiciele tzw. szkieletów metalo-organicznych (MOF), czyli porowatych polimerów koordynacyjnych połączonych z jonami lub klastrami jonów metali, tworzącymi dwu- lub trójwymiarowe struktury. Łączą one dwie pozornie przeciwstawne cechy – porowatość i krystaliczność. Mimo iż opisano je dopiero w 1999 r., to zdążyły zrewolucjonizować branżę materiałów.
Czytaj też: Ten silnik udowadnia, że paliwa wodorowe to przyszłość
Teraz naukowcy MIT wykorzystali modele uczenia maszynowego do zidentyfikowania ok. 10 tys. możliwych MOF-ów, klasyfikowanych jako “ultrastabilne”. Dzięki temu materiały te są dobrymi kandydatami np. do przekształcania metanu w metanol.
Kiedy ludzie wymyślają hipotetyczne materiały MOF, niekoniecznie wiedzą, jak stabilny jest ten materiał. Użyliśmy danych i naszych modeli uczenia maszynowego, aby wymyślić bloki konstrukcyjne, które miały mieć wysoką stabilność, a kiedy rekombinowaliśmy je w sposób, który był znacznie bardziej zróżnicowany, nasz zbiór danych został wzbogacony o materiały o wyższej stabilności niż jakikolwiek poprzedni zestaw hipotetycznych materiałów, które ludzie wymyślili. Prof. Heather Kulik z MIT
MOF-y jak klocki LEGO
MOF-y mogą być wykorzystane do dostarczania leków lub do diagnostyki obrazowej organów. MOF-y składają się z elementów konstrukcyjnych, które mogą być łączone ze sobą podobnie jak klocki LEGO.
Ponieważ istnieje tak wiele różnych typów klocków LEGO i sposobów, w jaki można je złożyć, daje to początek kombinatorycznej eksplozji różnych możliwych szkieletów metalo-organicznych. Możesz naprawdę kontrolować ogólną strukturę MOF-a poprzez wybieranie i decydowanie o tym, jak montujesz różne komponenty. Prof. Heather Kulik z MIT
Obecnie najczęstszym sposobem projektowania MOF-ów jest metoda prób i błędów. Uczenie maszynowe oferuje nowe i lepsze podejście do inżynierii tych materiałów, zwłaszcza jeżeli chcemy uzyskać jak najstabilniejszą cząsteczkę.
Czytaj też: Mikrorobot poda lek lub zabije komórkę nowotworową, ale to dopiero początek
W 2021 r. zespół prof. Kulik zaprezentował nowy model, który teraz został wykorzystany do zidentyfikowania ok. 500 MOF-ów o wysokiej stabilności. Naukowcy następnie rozłożyli je na 120 drugorzędowych jednostek budulcowych i 16 łączników, a następnie połączyli je przy użyciu ok. 750 różnych architektur. Dzięki temu stworzono ok. 50 tys. nowych struktur MOF.
Takie podejście – angażujące modelowanie komputerowe – wydaje się być znacznie prostsze i wydajniejsze od istniejących mechanizmów tworzenia MOF-ów. Szczegóły opisano w czasopiśmie Matter.