Исследователи Института ИИ Университета Иннополис разработали первый полностью отечественный программный комплекс для моделирования микрокинетики гетерогенных каталитических процессов с применением искусственного интеллекта. Решение позволяет обрабатывать свыше 1 млн структур катализаторов ежегодно, в 1000—5000 раз ускоряя вычисления и на 40% снижая затраты на исследования. Проект реализован при поддержке Фонда науки и технологий Республики Татарстан.
По словам исследователей, разработка новых катализаторов — одна из ключевых задач в химической промышленности, энергетике и производстве топлива. Традиционные методы поиска катализаторов основаны на экспериментальном скрининге, занимают 5—7 лет и требуют десятков миллионов долларов инвестиций.
Руслан Лукин, руководитель Лаборатории ИИ в новых материалах Университета Иннополис: «Гетерогенные катализаторы — вещества, ускоряющие химические реакции, находясь в иной фазе, чем реагенты. Они используются в производстве аммиака с минимальным углеродным следом, переработке нефти и газа, синтезе полимеров, экологических технологиях, например, при утилизации углекислого газа. Для ускорения разработки катализаторов широко применяют ИИ, но большинство существующих решений либо фокусируются исключительно на предсказании энергетических характеристик, либо не интегрируют эти предсказания с промышленным микрокинетическим моделированием. Также они зависимы от зарубежного коммерческого программного обеспечения».
Разработанный в Университете Иннополис программный комплекс представляет интегрированную платформу на основе ансамбля моделей глубокого обучения, способную предсказывать энергии активации и адсорбции на поверхности катализаторов с точностью 0,048—0,073 эВ, что сопоставимо с результатами квантово-химических расчётов, но в 1000—5000 раз быстрее, и сокращает разработку новых катализаторов до 1—2 лет. Разработчики первыми в мире объединили предсказания ИИ с микрокинетическими моделями — это позволило рассчитывать скорости реакций и прогнозировать выход продуктов для таких процессов как сухой риформинг метана, гидрирование этилена и синтез аммиака.
Руслан Лукин, руководитель Лаборатории ИИ в новых материалах Университета Иннополис: «Мы обучали модели на масштабном датасете из 640 тысяч DFT-релаксаций и 133,9 млн атомных конфигураций систем “адсорбат—поверхность” и чистых поверхностей. Библиотека адсорбатов содержит 82 молекулы и фрагмента, включая атомарные и C1-C2 молекулы, кислород-, азот- и углеводородсодержащие соединения, значимые для водородной энергетики, переработки CO₂ и каталитического окисления».
Комплекс разработан в двух вариантах: облачная версия для распределённых вычислений исследовательскими коллективами и локальная версия для предприятий с требованиями защиты данных. Изобретение запатентовали эксперты Межотраслевого центра трансфера технологий Университета Иннополис: уже получены свидетельства на регистрацию программного комплекса в Роспатенте и Российском центре оборота прав на результаты творческой деятельности.
Как отмечают разработчики, их продукт ориентирован на рынки стран ЕАЭС, СНГ, Азии, Ближнего Востока и Латинской Америки. Уникальные свойства комплекса позволяют рассчитывать на 5—7% глобального рынка программного обеспечения для химии и материаловедения, прогнозируемый объём которого к 2030 году составит 4—5 млрд долларов США. В планах команды — расширить функционал комплекса для моделирования других классов катализаторов, в том числе электрокаталитических систем, фотокаталитических материалов, и моделирования реакторов, тестирования полученных материалов, а также развитие SaaS-версии платформы для коллаборативных проектов по ускоренному открытию новых материалов.
Институт искусственного интеллекта открыт в Университете Иннополис в 2020 году. Специалисты центра разрабатывают проекты по хемоинформатике, медицинской ИИ-диагностике, компьютерному зрению, предиктивной аналитике, большим языковым моделям, поиску новых материалов, а также проводят фундаментальные и прикладные научные исследования.
