В исследовании, проведённом совместно учёными из Университета штата Аризона, Корнельского университета и Университета Айовы, удалось достичь беспрецедентного временного разрешения при наблюдении за структурами и движением молекул размером в одну миллиардную метра.

Питер А. Крозье, профессор материаловедения и инженерии Университета штата Аризона, поясняет: «Электронная микроскопия способна получать изображения с высоким пространственным разрешением, но из-за скорости изменения атомной структуры наночастиц во время химических реакций нам необходимо собирать данные на очень высокой скорости. Это приводит к появлению сильных шумов в измерениях. Наш метод искусственного интеллекта автоматически удаляет эти шумы, позволяя визуализировать ключевую динамику на атомном уровне».

Для решения проблемы наблюдения за движением атомов, которые практически невидимы в получаемых данных, исследователи обучили глубокую нейронную сеть, которая способна «освещать» изображения электронного микроскопа, выявляя расположение атомов и их динамическое поведение.

Дэвид С. Маттесон, профессор и заместитель председателя кафедры статистики и науки о данных Корнельского университета, директор Национального института статистических наук, подчёркивает: «Характер изменений в частицах исключительно разнообразен, включая периоды флуктуаций, проявляющиеся как быстрые изменения атомной структуры, формы частиц и их ориентации. Для понимания этой динамики требуются новые статистические инструменты. Наше исследование представляет новый статистический метод, использующий топологический анализ данных для количественной оценки флуктуаций и отслеживания стабильности частиц при переходе между упорядоченными и неупорядоченными состояниями».