Состав по фотографии

Оценка реагентов и продуктов химических реакций по внешнему виду — это рутинная практика химической лаборатории. Опытный химик может на глаз определить пропорции смеси знакомых твердых веществ, во всяком случае, примерно. Правда, иногда сделать это бывает трудно, например, для смеси сахара и соли.

Ученые из Университета Хоккайдо, которыми руководил профессор Ясухиде Инокума (Yasuhide Inokuma), разработали программу искусственного интеллекта, которая быстро определяет состав смесей твердых веществ всего лишь по одной фотографии. Сначала ИИ обучали на сахаре с солью. Для этого химики использовали несколько сотен фотографий смесей с разными пропорциями. В результате точность результата в 96% вдвое превзошла точность самого опытного сотрудника лаборатории.

После успешного теста исследователи применяли программу к различным составам. Она различала даже смеси химически близких веществ с минимальной разницей в атомном и молекулярном строении, например, a, g — полиморфы глицина и d, l — стереоизомеры винной кислоты. Такой анализ очень нужен в фармацевтике, но, как правило, требует длительных исследований.

ИИ был способен оценить и сложные смеси, к примеру определить по фотографии содержание одного вещества в четырехкомпонентной смеси. Ученые также продемонстрировали, как ИИ анализирует выход химической реакции на примере твердотельного термического декарбоксилирования (пара-аминосалициловая кислота → 3-аминофенол). После дополнительного обучения программа смогла анализировать фотографии с сотового телефона.

Для надежного визуального контроля смесей нужны богатый профессиональный опыт и хорошая интуиция. Передать такой опыт непросто, но профессор уверен, что его программа поможет начинающим быстро набрать его при работе с различными смесями и соединениями. Исследователи полагают, что их алгоритм будет полезен и в лабораториях, и на химических производствах — везде, где нужно быстро оценить качество и чистоту реагентов и продуктов реакций. Статья об исследовании опубликована в журнале Industrial & Engineering Chemistry Research.