Американские исследователи с помощью ИИ подобрали железосодержащие молекулы, которые делают полимеры в четыре раза устойчивее к разрыву.
Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) и Университета Дьюка использовали модель машинного обучения, чтобы найти «молекулы-сшиватели», способные усилить прочность полимеров. Эти соединения относятся к классу механофоров — молекул, которые меняют форму или свойства под механической нагрузкой.
Еще в 2023 году ученые показали: слабые сшивающие агенты в полимерной сети могут повышать ее прочность, потому что трещины идут по слабым связям и вынуждены «разрывать» большее их количество. Это распределяет нагрузку и снижает риск разрушения. В новой работе ученые искали механофоры, которые можно использовать в качестве слабых сшивающих агентов.
Проблема в том, что на анализа одного кандидата у химиков уходит несколько недель. Чтобы ускорить поиск нужных соединений, исследователи обучили нейросеть на базе 5000 ферроценов, которые считались потенциально подходящими для увеличения прочности пластика.
Сначала ученые провели компьютерное моделирование для 400 соединений, чтобы рассчитать, какое усилие необходимо для разделения атомов внутри каждой молекулы. После этого модель предсказала силу, необходимую для активации механофора для 4500 соединений в базе данных, а также для еще 7000 соединений, аналогичных известным вариантам, но с перегруппировкой некоторых атомов.
ИИ помог выявить два признака особо прочных связей: наличие взаимодействий между боковыми группами и громоздкие замещающие фрагменты. Второй фактор стал неожиданным открытием.
После отбора около сотни кандидатов химики из лаборатории Крейга (Университет Дьюка) синтезировали полимер с одним из них — m-TMS-Fc. Тесты показали, что полученный материал оказался в четыре раза прочнее стандартного ферроценового полимера.
Подробное описание исследование опубликовано в журнале ACS Central Science.
