Uutiset

Tekoäly auttaa tunnistamaan monimutkaisempia molekyylirakenteita

Materiaalisuunnittelijoiden täytyy tietää tarkasti materiaalien molekyylirakenne, jotta he voivat kehittää esimerkiksi muovin korvikkeita kasviperäisillä biopolymeereillä. Tekoälystä on nyt saatu apua rakenteen selvittämiseen.
Cover image of the journal, featuring the researchers work
Science Advances -lehden kansi.

Aalto-yliopistossa on kehitetty uudenlainen, materiaalianalyysia ja tekoälyä yhdistävä menetelmä, joka auttaa selvittämään materiaalien monimutkaista molekyylirakennetta. Kun tekoälyalgoritmi yhdistettiin atomivoimamikroskoopilla mitattuihin kuviin ja valtavaan simuloituun datamäärään, tutkijat pystyivät tunnistamaan yhä monimutkaisempia molekyylirakenteita.

Tämä on tärkeää, sillä materiaalisuunnittelijoiden täytyy tietää materiaalien molekyylirakenne tarkkaan, jotta esimerkiksi muoveja voidaan korvata kasviperäisillä biopolymeereillä. Atomivoimamikroskoopilla (AFM) voidaan mitata litteiden, tasomaisten molekyylien rakennetta. Jos molekyylit ovat monimutkaisia, niiden selvittäminen on kuitenkin paljon vaikeampaa.

Aallon tutkimuksessa koneoppimisjärjestelmää testattiin aluksi simuloidulla atomivoimamikroskoopin datalla. Professori Adam S. Fosterin tutkimusryhmä kehitti koneoppimisen ja AFM-simulaatioiden avulla menetelmän, joka osaa yhdistää atomivoimamikroskoopin kuvat niiden molekyylirakenteisiin.

Tämän tutkimuksen myötä saadaan runsaasti lisää tietoa materiaaleista ja ymmärrys kolmiulotteisten molekyylirakenteiden kuvista kasvaa. Lisäksi uudella menetelmällä pystytään nykyisiä menetelmiä nopeammin selvittämään, miten molekyyli asettuu pinnalle. Tehtävä voidaan myös toteuttaa ihmisasiantuntijoita nopeammin ja luotettavammin”, kertoo artikkelin ensimmäinen kirjoittaja, Aalto-yliopiston tohtorikoulutettava Benjamin Alldritt.

Tasomaisten molekyylien AFM-kuvia on helppo tulkita, mutta kolmiulotteisten molekyylien osalta se on paljon vaikeampaa. Esimerkiksi se, miten molekyyli tarttuu pintaan, on tärkeää selvittää, jotta ymmärretään, miten tiukasti molekyyli kiinnittyy pintaan tai reagoi sen kanssa.

 ”Tällä hetkellä käytettävä menetelmä on arvata rakenne, simuloida AFM-kuvat ja katsoa, menikö oikein. Kun mahdollisuuksia on paljon, tämä on hidasta ja vaivalloista, eikä lopulta voi olla kovin varma, tulivatko kaikki mahdolliset rakenteet mieleen”, selittää akatemiaprofessori Peter Liljeroth.

Tekoälyn avulla monimutkaisia, kolmiulotteisia AFM-kuvia voitiin tulkita luotettavasti ja nopeasti ja molekyylien rakenne pystyttiin selvittämään.

Tutkimuksessa käytettiin tunnettua biomolekyyliä, 1S-kamferia, jonka atomirakenne on tunnettu. Puuteollisuuden biotuotteena se muistuttaa paljon niitä molekyylejä, joista Aalto-yliopiston tutkijat pyrkivät valmistamaan kestävän kehityksen tuotteita.

Tutkimus toteutettiin akatemiaprofessori Liljerothin, professori Fosterin ja professori Juho Kannalan johdolla. Tutkimusartikkeli julkaistiin Science Advances -lehdessä.

Lisätietoa:

Artikkeli:
B. Alldritt, P. Hapala, N. Oinonen, F. Urtev, O. Krejci, F. Federici Canova, J. Kannala, F. Schulz, P. Liljeroth, A. S. Foster, Automated structure discovery in atomic force microscopy. Sci. Adv. 6, eaay6913 (2020). https://dx.doi.org/10.1126/sciadv.aay6913

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:

Lue lisää uutisia

Harald Herlin Learning Center
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Oppimiskeskuksessa pilotoidaan 19.8.2024 alkaen uusia aukioloaikoja

Opiskelijoiden ja henkilöstön mahdollisuudet käyttää tiloja ja kokoelmia laajentuvat.
Joukko ihmisiä kävelee Lehmuskujaa pitkin kesällä
Tutkimus ja taide, Yliopisto Julkaistu:

Vahva kokonaistulos: Suomen Akatemialta 27,5 miljoonaa euroa tutkimukseen

Akatemiatutkija- ja akatemiahankerahoituksen sai yhteensä 52 aaltolaista. Aalto-yliopistolle myönnetty rahoitus on kokonaisuudessaan 27,5 miljoonaa euroa.
pohjallinen pdp-gaalassa
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide, Opinnot Julkaistu:

Opiskelijaprojekti synnytti innovaation: Kengän sisäpohjat syntyvät muovin sijaan kompostoituvasta puuvaahdosta

Aalto-yliopiston opiskelijat kehittivät kestävän sisäpohjan prototyypin, joka taipuu, kestää kosteutta ja tuntuu pehmeältä ihoa vasten. Suomalainen kenkäyritys VIBAe lähtee syksyllä testaamaan materiaalia käyttäjillä.
Tummatukkainen nainen tummassa asussa, taustalla kesäinen Otaniemi
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Satu Lähteenoja: ”Kestävyysmurroksen edistämiseen tarvitaan tulevaisuusajattelua ja yhteissuunnittelua”

Minä väitän -sarjassamme Satu Lähteenoja osoittaa, että yhteissuunnitteluun perustuva murrosareena-menetelmä lisää hallinnon ja päättäjien ymmärrystä systeemisestä muutoksesta ja auttaa ajattelemaan pidemmälle tulevaisuuteen.