Onderzoekers van de universiteiten van Wenen en Göttingen zijn erin geslaagd een methode te ontwikkelen om moleculaire infraroodspectra te voorspellen op basis van kunstmatige intelligentie. Deze chemische "vingerafdrukken" konden alleen worden gesimuleerd door gemeenschappelijke voorspellingstechnieken voor kleine moleculen in hoge kwaliteit. Met behulp van de nieuwe technologie, die is gebaseerd op neuronale netwerken vergelijkbaar met het menselijk brein en daarom in staat is om te leren, het team onder leiding van Philipp Marquetand van de faculteit Scheikunde van de Universiteit van Wenen kon simulaties uitvoeren die voorheen niet mogelijk waren. Het potentieel van deze nieuwe strategie is nu gepubliceerd in het huidige nummer van het tijdschrift Chemische Wetenschappen .

Drastische vooruitgang in het onderzoek naar kunstmatige intelligentie heeft het afgelopen decennium geleid tot een breed scala aan fascinerende ontwikkelingen op dit gebied. Autonoom aangedreven auto's, maar ook alledaagse toepassingen zoals zoekmachines en spamfilters illustreren de veelzijdigheid van methoden op het gebied van kunstmatige intelligentie.

Infraroodspectroscopie is een van de meest waardevolle experimentele methoden om inzicht te krijgen in de wereld van moleculen. Infraroodspectra zijn chemische vingerafdrukken die informatie geven over de samenstelling en eigenschappen van stoffen en materialen. Vaak, deze spectra zijn zeer complex - een gedetailleerde analyse maakt computerondersteunde simulaties onmisbaar. Hoewel kwantumchemische berekeningen in principe extreem nauwkeurige voorspelling van infraroodspectra mogelijk maken, hun toepasbaarheid in de praktijk wordt bemoeilijkt door de hoge rekeninspanning die ermee gepaard gaat. Om deze reden, betrouwbare infraroodspectra kunnen alleen worden berekend voor relatief kleine chemische systemen.

De onderzoekers hebben nu een manier gevonden om deze simulaties te versnellen met behulp van kunstmatige intelligentie. Voor dit doeleinde, zogenaamde kunstmatige neurale netwerken worden gebruikt, wiskundige modellen van het menselijk brein. Deze zijn in staat om de complexe kwantummechanische relaties die nodig zijn voor het modelleren van infraroodspectra te leren aan de hand van slechts enkele voorbeelden. Op deze manier, de wetenschappers kunnen binnen enkele minuten simulaties uitvoeren, wat anders duizenden jaren zou duren, zelfs met moderne supercomputers, zonder aan betrouwbaarheid in te boeten. "We kunnen nu eindelijk chemische problemen simuleren die niet konden worden opgelost met de simulatietechnieken die tot nu toe werden gebruikt, " zegt Michael Gastegger, de eerste auteur van de studie.

Op basis van de resultaten van dit onderzoek, de onderzoekers zijn ervan overtuigd dat hun methode van spectravoorspelling in de toekomst veel zal worden gebruikt bij de analyse van experimentele infraroodspectra.