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

19521Банковский троян VENON на Rust атакует Бразилию с помощью девяти техник обхода защиты 19520Бонобо агрессивны не меньше шимпанзе, но всё решают самки 19519Почему 600-килограммовый зонд NASA падает на Землю из-за солнечной активности? 19518«Липовый календарь»: как расписание превращает работников в расходный материал 19517Вредоносные Rust-пакеты и ИИ-бот крадут секреты разработчиков через CI/CD-пайплайны 19516Как хакеры за 72 часа превратили npm-пакет в ключ от целого облака AWS 19515Как WebDAV-диск и поддельная капча помогают обойти антивирус? 19514Могут ли простые числа скрываться внутри чёрных дыр? 19513Метеорит пробил крышу дома в Германии — откуда взялся огненный шар над Европой? 19512Уязвимости LeakyLooker в Google Looker Studio открывали доступ к чужим базам данных 19511Почему тысячи серверов оказываются открытой дверью для хакеров, хотя могли бы ею не быть? 19510Как исследователи за четыре минуты заставили ИИ-браузер Perplexity Comet попасться на... 19509Может ли женщина без влагалища и шейки матки зачать ребёнка естественным путём? 19508Зачем учёные из Вены создали QR-код, который невозможно увидеть без электронного... 19507Девять уязвимостей CrackArmor позволяют получить root-доступ через модуль безопасности...
Ссылка