Исследователи MIT научили AI-модель учитывать атомную структуру кристаллов при поиске материалов

Кристалл задаётся не только набором химических элементов. Важны периодическое расположение атомов в трёхмерном пространстве и связи между ними: разные структуры при близком составе могут представлять разный интерес для конкретной задачи. Сведения об атомных координатах обычно хранятся в специализированных форматах, тогда как языковые модели учатся преимущественно на текстах. Поэтому описание материала в статье не заменяет для модели его структуру.

Исследователи MIT соединили трёхмерные атомные структуры с естественно-языковыми описаниями, опираясь на экспериментальные публикации и базы расчётов из первых принципов. В таких описаниях отражаются не только состав и строение кристалла, но и свойства, особенности обработки и возможное применение. Задача состоит в том, чтобы модель могла связывать информацию о расположении атомов с тем, ради чего материал изучают или используют.

При обучении применили контрастивный подход: модель сопоставляла близкие и непохожие пары структур и текстовых описаний. Так она училась помещать сведения о геометрии и языке в общее представление. Это особенно важно для материалов, о которых мало пишут. Экспериментальная литература неравномерна и сосредоточена на популярных классах кристаллов, поэтому модель, обученная только на статьях, может воспроизводить этот перекос.

В работе, опубликованной в Nature Communications, исследователи сравнили подход с моделями, опирающимися только на текст. По их результатам, доступ к атомным структурам помогал лучше находить перспективные варианты материалов, а также формировать представления об их геометрии, недоступные текстовым моделям. В качестве одной из задач использовали поиск материалов для твёрдотельных электролитов литий-ионных батарей: среди первых предложений оказались кандидаты, которые независимо уже считались перспективными.

Такой результат говорит о качестве отбора кандидатов в исследовательской постановке, а не о создании готового электролита. Модель помогает связать данные из разных форматов и сузить круг поиска, но пригодность конкретного материала для батареи ещё нужно проверять отдельно. Доступное описание также не даёт оснований оценить, насколько хорошо подход перенесётся на любые другие классы кристаллов и задачи.