D. Tyler McQuade, doctoraat, een professor aan de Virginia Commonwealth University College of Engineering, is hoofdonderzoeker van een multi-universitair project dat kunstmatige intelligentie wil gebruiken om wetenschappers te helpen het perfecte molecuul te bedenken voor alles, van een betere shampoo tot coatings op geavanceerde microchips.

Het project is een van de eerste in de VS die is geselecteerd voor $ 994, 433 in financiering als onderdeel van een nieuw proefproject van de National Science Foundation genaamd de Convergence Accelerator (C-Accel). McQuade en zijn medewerkers zullen hun prototype in maart 2020 pitchen in een bod op aanvullende financiering van maximaal $ 5 miljoen over een periode van vijf jaar.

Adam Luxon, een doctoraat student aan de afdeling Chemical and Life Science Engineering die vanaf het begin betrokken is geweest, legde het op deze manier uit:"We willen in wezen de Alexa van de chemie maken."

Net als Amazon, Google en Netflix gebruiken gegevensalgoritmen om aangepaste voorspellingen voor te stellen, het team is van plan een open netwerk op te bouwen dat gebruikers kan helpen bij het combineren en begrijpen van moleculaire wetenschappelijke gegevens uit verschillende bronnen, waaronder de academische wereld, industrie en overheid.

Het idee is in lijn met het doel van het NSF's Big Ideas-project, "Het benutten van de datarevolutie, " om de onderzoeksgemeenschap te betrekken bij het ontwikkelen van een geavanceerde cyberinfrastructuur om data-intensief onderzoek te versnellen.

Het team weerspiegelt expertise in verschillende specialismen. Werken met McQuade zijn James K. Ferri, doctoraat, hoogleraar bij de VCU afdeling Chemical and Life Science Engineering; Carol A. Parochie, doctoraat, hoogleraar scheikunde en de Floyd D. en Elisabeth S. Gottwald-leerstoel in de afdeling Scheikunde aan de Universiteit van Richmond; en Adrian E. Roitberg, doctoraat, professor in de afdeling Scheikunde van de Universiteit van Florida. Er zijn ook twee bedrijven bij betrokken:Two Six Labs, gevestigd in Arlington, Virginia, en doorgrond informatieontwerp, gevestigd in Boston.

Momenteel, er is geen gedeeld netwerk of centraal portaal waar moleculaire wetenschappers en ingenieurs kunstmatige intelligentie en datawetenschapstools kunnen gebruiken om modellen te bouwen die aan hun behoeften voldoen. En hoewel wetenschappers hebben kunnen weergeven uit welke elementen een molecuul bestaat, hoe de atomen zijn gerangschikt en de eigenschappen van het molecuul (zoals het smeltpunt), er is geen standaard manier om moleculaire prestaties weer te geven of te voorspellen.

Het team wil deze lacunes opvullen door het concept van een 'moleculaire afdruk' te bevorderen. De medewerkers zullen een nieuw systeem creëren dat moleculen vertegenwoordigt door lijntekening, geometrie en kwantumchemische berekeningen in één, machine-leerbaar formaat.

Ze gaan een centraal platform ontwikkelen voor het verzamelen van data, het creëren van deze moleculaire imprints en het ontwikkelen van algoritmen voor het ontginnen van de gegevens, en zal machine learning-tools ontwikkelen om prestatievoorspellingsmodellen te creëren.

"Het vermogen om moleculaire eigenschappen te berekenen met behulp van computertechnieken, en om die gegevens te laten aansluiten bij experimentele metingen, zal databases genereren die de meest uitgebreide resultaten zullen opleveren in de moleculaire wetenschappen, ' zei Parochie.

"Er zijn veel laboratoria over de hele wereld die in deze ruimte werken, maar er zijn weinig organisatiestructuren beschikbaar die het open delen van deze gegevens ten behoeve van de gemeenschap en het algemeen belang aanmoedigen, Parochie voegde eraan toe. "We proberen met anderen samen te werken om deze structuur te bieden; een open kennisnetwerk of repository waar wetenschappers hun experimentele en computationele gegevens op moleculair niveau kunnen deponeren in ruil voor gebruiksvriendelijke tools om de gegevens te beheren en op te vragen."

De eerste reacties op hun idee waren sterk van potentiële partners. Ferri en de anderen hebben al meer dan een dozijn brieven verzameld van grote bedrijven zoals Dow en Merck die belangstelling tonen om deel te nemen.

McQuade zei dat chemische ingenieurs in grote industrieën, inclusief consumentenproducten en olie- en gasproducenten, veel moeite doen om experimenten uit te voeren om het molecuul te bepalen dat ze willen gebruiken, zoals het vinden van het beste shampoo-additief dat baby's niet aan het huilen maakt.

"Het vermogen om de eigenschappen te ontwerpen die je wilt, is nog steeds meer kunst dan wetenschap, " hij zei.

Het team is ook van plan een toolkit te ontwikkelen voor het verwerken en visualiseren van de gegevens.

Roitberg, wiens onderzoek zich richt op geavanceerde visualisatie, zei dat dit de vorm zou kunnen aannemen van een virtual reality-wereld waarin een gebruiker materialen kan vinden die oplosbaar zijn in water maar niet in olie, bijvoorbeeld, en dan in staat zijn om naar vergelijkbare materialen in de buurt te bladeren.

"We hebben een zeer interactief platform voor ogen waar de gebruiker relaties tussen gegevens en gewenste materiaaleigenschappen kan verkennen, " hij zei.