I ricercatori delle università di Vienna e Göttingen sono riusciti a sviluppare un metodo per prevedere gli spettri molecolari dell'infrarosso basato sull'intelligenza artificiale. Queste "impronte digitali" chimiche potrebbero essere simulate solo con tecniche di previsione comuni per piccole molecole di alta qualità. Con l'aiuto della nuova tecnologia, che si basa su reti neuronali simili al cervello umano ed è quindi in grado di apprendere, il team guidato da Philipp Marquetand della Facoltà di Chimica dell'Università di Vienna è stato in grado di effettuare simulazioni che prima non erano possibili. Le potenzialità di questa nuova strategia sono state ora pubblicate nell'attuale numero della rivista Scienze chimiche .

I drastici progressi nella ricerca sull'intelligenza artificiale hanno portato a una vasta gamma di affascinanti sviluppi in quest'area nell'ultimo decennio. Auto a guida autonoma, ma anche applicazioni quotidiane come motori di ricerca e filtri antispam illustrano la versatilità dei metodi nel campo dell'intelligenza artificiale.

La spettroscopia a infrarossi è uno dei metodi sperimentali più preziosi per approfondire il mondo delle molecole. Gli spettri infrarossi sono impronte chimiche chimiche che forniscono informazioni sulla composizione e sulle proprietà di sostanze e materiali. In molti casi, questi spettri sono molto complessi:un'analisi dettagliata rende indispensabili le simulazioni assistite da computer. Mentre i calcoli della chimica quantistica in linea di principio consentono una previsione estremamente precisa degli spettri infrarossi, la loro applicabilità in pratica è resa difficile dall'elevato sforzo computazionale ad essi associato. Per questa ragione, spettri infrarossi affidabili possono essere calcolati solo per sistemi chimici relativamente piccoli.

I ricercatori hanno ora trovato un modo per accelerare queste simulazioni utilizzando l'intelligenza artificiale. Per questo scopo, vengono utilizzate le cosiddette reti neurali artificiali, modelli matematici del cervello umano. Questi sono in grado di apprendere le complesse relazioni quantomeccaniche necessarie per la modellazione degli spettri infrarossi utilizzando solo pochi esempi. In questo modo, gli scienziati possono effettuare simulazioni in pochi minuti, che altrimenti richiederebbe migliaia di anni anche con i moderni supercomputer, senza sacrificare l'affidabilità. "Ora possiamo finalmente simulare problemi chimici che non potevano essere superati con le tecniche di simulazione utilizzate fino ad ora, "dice Michael Gastegger, il primo autore dello studio.

Sulla base dei risultati di questo studio, i ricercatori sono fiduciosi che il loro metodo di previsione degli spettri sarà ampiamente utilizzato nell'analisi degli spettri infrarossi sperimentali in futuro.