Как искусственный интеллект меняет молекулярный дизайн с помощью оценки неопределённости?

Исследователи из Национального Тайваньского университета продемонстрировали, что включение оценки неопределённости (Uncertainty Quantification, UQ) в графовые нейронные сети (Graph Neural Networks, GNN) значительно повышает эффективность и устойчивость оптимизации молекул. Их работа опубликована в журнале Nature Communications.
Как искусственный интеллект меняет молекулярный дизайн с помощью оценки неопределённости?
Изображение носит иллюстративный характер

Ключевой задачей исследования стало интегрирование моделей, учитывающих неопределённость, в процессы компьютерного молекулярного дизайна (CAMD), чтобы улучшить принятие решений при поиске новых материалов и лекарственных средств. Учёные систематически проверили, способны ли усовершенствованные с помощью UQ нейронные сети направленного обмена сообщениями (Directed Message Passing Neural Networks, D-MPNNs) эффективно управлять оптимизацией в открытых и обширных химических пространствах.

Типичные алгоритмы машинного обучения плохо справляются с предсказаниями для молекул, которые не встречались в обучающих выборках, что особенно критично для реальных задач, где химическое пространство практически безгранично и мало изучено. Для преодоления этой проблемы исследователи объединили D-MPNN с генетическими алгоритмами, что позволяет проводить гибкую оптимизацию молекул без необходимости ограничиваться заранее заданными библиотеками соединений.

В ходе работы были протестированы различные стратегии оптимизации, учитывающие неопределённость, на 16 разнообразных задачах. Эти задачи взяты с платформ Tartarus и GuacaMol, отражающих актуальные вызовы в области органической электроники, реакционной инженерии и разработки лекарств. Особое внимание уделялось многоцелевым сценариям, где необходимо одновременно балансировать между конкурирующими молекулярными свойствами.

Среди всех протестированных подходов наилучшие результаты показал метод Probabilistic Improvement Optimization (PIO). Этот метод использует количественную оценку неопределённости для оценки вероятности того, что кандидаты отвечают заданным критериям дизайна. PIO позволяет избегать ненадёжных экстраполяций и направлять поиск в области, наиболее перспективные с химической точки зрения.

Профессор И-Пей Ли, ведущий автор работы, отмечает: «Химический дизайн часто требует поиска баланса между множеством конкурирующих целей в огромных и неопределённых пространствах поиска. Интеграция оценки неопределённости в оптимизацию, управляемую машинным обучением, даёт нам фундаментальный способ ориентироваться в этой сложности и повышает надёжность предлагаемых искусственным интеллектом решений».

Результаты исследования формируют прочную основу для внедрения методов молекулярного поиска, способных учитывать неопределённость. Это открывает путь к более надёжным и эффективным системам искусственного интеллекта для задач химии и материаловедения.

В работе использовались современные методы: оценка неопределённости, графовые нейронные сети, D-MPNN, генетические алгоритмы и стратегия PIO. Эксперименты охватили 16 задач с платформ Tartarus и GuacaMol, с акцентом на реальные приложения в электронике, инженерии и фармацевтике.


Новое на сайте

20327Кости прерий: как истребление бизонов породило целую индустрию — и сама себя же уничтожила 20326Кто и зачем взламывает серверы Ollama и ComfyUI ради ключей от AWS? 20325Как злоумышленники спрятали командный сервер внутри блокчейна и почему его невозможно... 20324Брюссель заставляет Android делиться секретами с чужими ИИ-помощниками 20323WordPress: как два бага слились в одну критическую дыру, которую назвали wp2shell 20322Как китайские хакеры обманули DigiCert и украли сертификаты для подписи кода? 20321Что скрывается за уязвимостью, которую агентство США внесло в список активно используемых... 20320Автономные системы наступают быстрее, чем инфраструктура для управления ими: кто выиграет... 20319Почему в OpenSSL нашли дыру, съедающую память серверов, но не дали ей даже номер CVE? 20317SonicWall SMA 1000: как два бага превратили VPN-шлюз в бэкдор для атакующих 20316Может ли уязвимость в клиенте Zoom для Windows открыть доступ к чужому аккаунту без... 20315TELEPUZ: новый вредонос на C, который научился прятаться в Telegram, Steam и блокчейне... 20314Дома из дёрна: как исландцы триста лет прятались от холода под слоем земли и травы 20313Как один токен от чужого сервиса мог впустить злоумышленника в чужой аккаунт n8n?
Ссылка