Российские химики совместно со специалистами по анализу данных предложили использовать программу на основе алгоритмов компьютерного зрения для более точного обнаружения металлических наночастиц. Новый алгоритм превосходит по качеству и скорости исследования другие методы. Работу провели специалисты молодежной лаборатории когнитивных технологий и симуляционных систем подведомственного Минобрнауки России Тульского государственного университета (ТулГУ) вместе с коллегами из Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН.

Современная сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) — важнейший инструмент для исследователей, поскольку позволяет непосредственно наблюдать наноразмерные структуры и строение материалов. Одна из актуальных задач анализа СЭМ-изображений, полученных с электронного микроскопа, связана с определением количества, размеров и взаимного расположения металлических наночастиц, наносимых на поверхность углеродных катализаторов. Полученная в результате такого анализа информация используется в научных исследованиях для определения значимых характеристик материалов, в том числе для выявления на поверхности катализаторов скрытых дефектов, влияющих на их свойства, но не поддающихся обнаружению другими методами.

Сейчас химики анализируют тысячи изображений одного образца материала, полученных с микроскопа, вручную. Внимательная проверка большого количества изображений — утомительная и трудоемкая работа, поэтому специалистам не всегда удается переработать необходимое количество образцов в намеченный срок. Технологии искусственного интеллекта помогают ускорить этот процесс и снизить вероятность погрешностей в анализе.
Так, ученые ТулГУ вместе с коллегами из Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН разработали новый метод обнаружения металлических наночастиц с помощью компьютерного зрения и на его основе создали программу. Работа велась на базе молодежной лаборатории когнитивных технологий и симуляционных систем ТулГУ, которая была открыта в 2021 году в рамках деятельности научно-образовательного центра мирового уровня «ТулаТЕХ».

«Мы исследовали различные методы компьютерного зрения для обнаружения металлических наночастиц и разработали свой подход для решения задачи их автоматического обнаружения. Экспериментальное исследование показало, что предложенный метод позволяет получить наиболее высокое качество обнаружения наночастиц по сравнению с другими», — рассказал ведущий научный сотрудник лаборатории ТулГУ Андрей Копылов.

Статистический анализ размеров наночастиц и их пространственного распределения позволил отличить два очень близких материала, приготовленных по одной и той же методике. Полученные результаты подтверждают способность быстрых алгоритмов компьютерного зрения обнаруживать очень малые изменения при проведении экспериментальных исследований в области изучения наночастиц и катализа.

Исследование проведено при поддержке Минобрнауки России. Его результаты опубликованы в одном из ведущих научных журналов. Напомним, что научно-образовательные центры мирового уровня созданы и развиваются в рамках нацпроекта «Наука и университеты».