• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik12. 12. 2023 | Heidi Thode

Kunstig intelligens baner vejen for nye og bedre beregningsmetoder

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik12. 12. 2023 | Heidi Thode

Kunstig intelligens gør det muligt at udvikle ekspertsystemer, der er i stand til at udtrække vigtige strukturelle oplysninger fra molekylet og lære at korrelere disse til forskellige egenskaber af interesse.

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 6, 2023 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Læs originalartiklen her

Af Adem Rosenkvist Nielsen Aouichaoui, Jens Abildskov og Gürkan Sin, Process and Systems Engineering center (Prosys), DTU Kemiteknik

En ofte brugt kemivits lyder som følger: “Don’t trust molecules, they make up everything (de udgør alt)”. I den vittighed gemmer der sig en universel kendsgerning: Molekyler er byggestenene i alt omkring os, både levende og livløse, naturlige og syntetiske. Kemiske produkter er vidt udbredte og anvendes til forskellige formål i en lang række industrier som for eksempel sundhedspleje, energisystemer, overflade- og afgrødebeskyttelse. Processerne til fremstilling og oprensning af disse kemikalier involverer også andre produkter såsom reaktanter og tilsætningsstoffer for at muliggøre adskillelsen og oprensningen af de ønskede produkter.
Et kemisk produkts anvendelsesmuligheder går hånd i hånd med dets forskellige egenskaber, både som ren komponent og som en del af en blanding. Disse egenskaber kan variere fra termiske, fysiske og miljømæssige til toksikologiske og sikkerhedsrelaterede egenskaber. De bestemmes normalt i laboratorier, der kræver en række forskellige forsøgsopstillinger, måleinstrumenter, procedurer og ekspertise. Det kræver omfattende arbejde at fastlægge disse egenskaber, især når man tager den enorme størrelse af det kemiske designrum i betragtning. Et studie viste, at der teoretisk set er over 166 milliarder mulige organiske forbindelser, der består af op til 17 atomer af nitrogen (N), oxygen (O), svovl (S) og halogener (fluor (F), chlor (Cl), brom (Br), jod (I)) [1]. Det viser, hvor stor en opgave det ville være at bestemme alle molekylers egenskaber eksperimentelt under alle forhold.

Udnyttelse af det kendte til at udforske det ukendte
For kemiingeniører er det vigtigt at kende molekylers egenskaber ved procesdesign, opstilling af masse- og energibalancer samt processimulering. En vigtig anvendelse er produktdesign, som går ud på at identificere molekyler med særlige egenskaber og funktioner. Sådanne designproblemer kan omfatte identifikation af nye miljøvenlige kølemidler eller opløsningsmidler til oprensning af bioprodukter. Det har derfor været vigtig praksis at udvikle matematiske modeller, der kan forudsige egenskaber ud fra molekylets strukturelle information. En populær modeltype er gruppebidragsmodellen.
Modellens input er forekomsten af et sæt foruddefinerede understrukturer og funktionelle grupper, som hver især har en koefficient, der bidrager til den samlede egenskab gennem et lineært forhold [2]. Et eksempel på denne tilgang er illustreret i figur 1. Disse modeller er blevet rost for deres nøjagtighed og fortolkningsevne på trods af deres enkelhed, men deres lineære natur lykkes ikke altid med at beskrive egenskaber med ikke-lineær opførsel og molekyler, der udviser ”nærmeste-nabo-effekter”. Sidstnævnte skyldes i høj grad, at sådanne modeller ikke tager højde for den geometriske relation mellem grupperne.

Kunstig intelligens: Nye tilgange til modellering af molekylers egenskaber
Den hurtige udvikling i regnekraft og adgang til beregningsressourcer har i høj grad understøttet fremkomsten af kunstig intelligens (artificial intelligens, AI). Som så mange andre applikationer og områder har forskere forsøgt at udnytte dette til at overkomme ulemperne ved klassiske tilgange til modellering af kemiske egenskaber. Machine learning (ML), en underkategori af AI, er et sæt af algoritmer, der kan korrelere en række inputs til et givet output uden eksplicit at blive programmeret til det.
Ud over blot at korrelere inputs til et givet output, er nogle ML-metoder også i stand til at ekstrahere og lære nye repræsentationer ud fra forskellige inputformater. Det vil sige, i stedet for det besværlige konventionelle arbejde med at definere og identificere grupperne i et molekyle, kan dette outsources til en ML-algoritme. Graph Neural Networks er en type neuralt netværk, der opererer på en graf repræsentation som input og er en populær model inden for repræsentationslæring [3]. Grafer er i stand til at beskrive mange objekter og fænomener som forsyningskæder, sociale netværk og smittesporing. Grafer er også en populær 2D-repræsentation af molekylet: Knudepunkterne svarer til atomer, mens kanterne svarer til kemiske bindinger. Dette gør Graph Neural Networks til en intuitiv tilgang til at forudsige molekylers egenskaber. Diverse information relateret til molekylet kan inkorporeres i knudepunkterne og kanterne i en graf. Nogle af disse informationer er typen af atomer og kemiske bindinger (som en binær variabel), antallet af bindinger og hydrogenatomer (som en heltalsvariabel) samt information om chiralitet og hybridisering. Et eksempel på en molekylær graf kan ses i figur 1.
Graph Neural Networks fungerer meget på samme måde som den menneskelige hjerne: Informationen i knudepunkterne (neuronerne) transporteres langs kanterne (synapserne). Denne proces kaldes ”message passing”: Atomerne sender deres naboatomer signaler om den information, der findes i dem. Disse oplysninger bruges derefter til at opdatere knudepunkternes oplysninger, og modellen giver derfor mulighed for at inkludere information om den relative position af atomerne i molekylet. Ved at gentage denne operation bliver knudepunkterne mere og mere opmærksomme på, hvad der befinder sig på længere afstand til dem. Grafrepræsentationen transformeres derefter til en vektorrepræsentation og bruges som input i et Deep Neural Network. Denne struktur gør det muligt at bruge back-propagation af fejl til at justere repræsentationen, så den passer til opgaven og de anvendte data. Det gør algoritmen ekstremt fleksibel og i stand til at udtrække information, der er relevant for den aktuelle opgave, uden behov for specifik menneskelig indgriben. Selvom dette har resulteret i state-of-the-art nøjagtighed, er modellerne notorisk kendt for at være black-box, det vil sige, at det ikke er klart, hvilken læring modellerne opnår under deres træning [3].

Integrering af fundamentale principper med Machine Learning
På den ene side har vi de klassiske tilgange, som er transparente, og på den anden side har vi de nye ML-baserede tilgange, som er geometribevidste og i stand til at beskrive ikke-lineære tendenser i egenskaberne. I vores arbejde har vi kombineret de to tilgange for at få det bedste fra de to verdener og gøre modellerne mere udbredte og anvendelige [4]. Til det formål udviklede vi en model, der betragter funktionelle grupper som en mindre graf med atomerne som knudepunkter, og de mindre grafer forbindes derefter for at danne selve molekylet. Denne hierarkiske repræsentation af molekylet fører til state-of-the-art modeller med høj nøjagtighed samt det ekstra aspekt af fortolkelighed. Disse modeller er i stand til at fremhæve og rangere vigtigheden af undergrupperne i molekylet, hvilket i mange tilfælde er i overensstemmelse med viden fra gruppebidragsmodeller (figur 1).
Dette viser den vellykkede integration mellem kemividen og datadrevne ML-tilgange, og at de to kan komplementere hinanden og at det hele er større end summen af dets dele. Værktøjet kan dermed i fremtiden bruges til at accelerere identifikationen af potentielle nye molekyler til forskellige anvendelser, samt at dirigere forskere til kun eksperimentelt at bestemme egenskaberne af de mest lovende kandidater. Dette kan resultere i hurtigere procesudvikling, der kan fremme den grønne omstilling.

E-mail:
Adem Rosenkvist Nielsen Aouichaoui: arnaou@kt.dtu.dk

Referencer
1. J.-L. Reymond, “The Chemical Space Project,” Acc. Chem. Res., vol. 48, no. 3, pp. 722-730, Mar. 2015.
2. A.S. Hukkerikar, B. Sarup, A. Ten Kate, J. Abildskov, G. Sin, and R. Gani, “Group-contribution+ (GC+) based estimation of properties of pure components: Improved property estimation and uncertainty analysis,” Fluid Phase Equilibria, vol. 321, pp. 25-43, May 2012.
3. A.R.N. Aouichaoui, F. Fan, S.S. Mansouri, J. Abildskov, and G. Sin, “Combining Group-Contribution Concept and Graph Neural Networks Toward Interpretable Molecular Property Models,” J. Chem. Inf. Model., vol. 63, no. 3, pp. 725-744.
4. A.R.N. Aouichaoui, F. Fan, J. Abildskov, and G. Sin, “Application of interpretable group-embedded graph neural networks for pure compound properties,” Comput. Chem. Eng., vol. 176, p. 108291, Aug. 2023.

Skrevet i: Artikler fra Dansk Kemi, Kemiteknik

Seneste nyt fra redaktionen

Astronauters maver går i stå i rummet – blodprøver giver nyt svar

BiologiTop05. 10. 2026

Alt er anderledes i rummet – også hvordan tarmene fungerer. Forstoppelse er en kendt bivirkning ved rumfart, men indtil nu har man vidst utroligt lidt om, hvorfor det sker. Nu har forskere fra Københavns Universitet i et samarbejde med NASA undersøgt blod fra astronauter og har et bud på, hvorfor

30 års overvågning viser, at antibiotikaresistens kan presses tilbage

AktueltBiologiMedicinalkemi05. 10. 2026

Målrettede indgreb kan presse bestemte resistente bakterier markant tilbage. Det viser 30 års overvågning af antibiotikaforbrug og -resistens i DANMAP-programmet. I en verden, hvor antibiotikaresistens fortsat er en alvorlig udfordring, skal DANMAP-overvågningen give et endnu stærkere grundlag

Spiseolier – de onde, de gode og den virkelig gode

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi29. 09. 2026

Der er fokus på ultraforarbejdet mad. Måske skyldes megen af den dårligdom, forarbejdning nu får skyld for, snarere en ubemærket ændring i vores indtag af umættede planteolier – især i de industrialiserede lande. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2026 og kan læses uden

Gekkoen kan hele sit hjerte uden arvæv

AktueltBiologi29. 09. 2026

Et forskerhold fra Aarhus Universitet har kortlagt, hvordan gekkoer gendanner beskadiget hjertevæv. Det kan gøre gekkoen til et nyt vigtigt modeldyr i jagten på at forstå kroppens evne til at reparere sig selv. Hvorfor kan nogle dyr reparere beskadigede organer, mens menneskekroppen ofte må

Hydrogensulfid og biokul

AktueltKlima og miljø22. 09. 2026

Diverse jernforbindelser og aktivt kul har traditionelt været anvendt til at fjerne hydrogensulfid (H2S) fra biogas. Med opblomstringen af pyrolyse er et relativt nyt middel kommet på banen, nemlig biokul, som dog har været udforsket på laboratorieniveau i et årti. Dette lille studie viser, at

Fremtidens cement er levende

AktueltBioteknologiKemiteknikKlima og miljø22. 09. 2026

Ny forskning fra Aalborg Universitet peger på en fremtid, hvor cement kan reparere sig selv, lagre energi, optage CO2 og reagere på omgivelserne ved hjælp af mikroorganismer. Forestil dig en fremtid, hvor hullet i vejen forsvinder af sig selv. Hvor bygningen du arbejder i, også fungerer som et

En succesfuld LabDays Copenhagen 2026

AktueltBranchenyt14. 09. 2026

Traditionen tro blev LabDays Copenhagen 2026 gennemført i KB Hallen; det skete fra den 9. - 10. september – og messen var igen i år en stor succes. Messen havde små hundrede udstillere, som bød fagpublikummet velkommen med et større fagligt program. Over 2.600 fagfolk lagde vejen forbi; så det

Kemiens etik: Et overset felt med voksende betydning

AktueltArtikler fra Dansk Kemi07. 09. 2026

Kemisk forskning og teknologi påvirker i stigende grad sundhed, miljø og samfund. Derfor er der behov for større opmærksomhed på kemiens etiske dimensioner i både forskning, undervisning og faglige organisationer. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2026 og kan læses uden illustrationer,

Molekylær fødevarekemi former fremtidens mad

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi27. 08. 2026

Villumlegat til forsker Milena Corredig sætter fokus på struktur og funktionalitet i bæredygtige fødevarer. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Kimie Kongsøre, Institut for

Hvad bruger vi kalken til?

Artikler fra Dansk Kemi26. 08. 2026

Fra Aalborg Portlands hvide kridtgrave til de malede hvælv i Aarhus Domkirke: kalk er ikke kun geologi, men et materiale, der har båret dansk byggeri, industri, landbrug og kunsthistorie. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2026 og kan læses herunder uden illustrationer, strukturer eller

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Mikrolab – Frisenette overtager aktiviteterne i MD Scientific

  • DENIOS ApS

    Vil du opvarme dine materialer effektivt?

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Reduktion af energiomkostninger og forlængelse af vakuumpumpens levetid i fødevarepakning

  • Holm & Halby

    VidensDag’26 hos Holm & Halby

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Tilbud på GreenTips pipettespidser fra nerbe plus

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Forudkonfigurerede R&D-pakker fra Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions til forenklet opsætning af undersøgelser

  • DENIOS ApS

    Hvilke risici skal du være opmærksom på ved tekniske gasser?

  • Busch Vakuumteknik A/S

    De 10 mest almindelige fejl ved brug af turbomolekylære vakuumpumper, og hvordan man undgår dem.

  • Holm & Halby

    Haier Biomedical går ind på markedet for rysteinkubatorer

  • Holm & Halby

    Ny generation af -86 °C frysere halverer næsten energiforbruget

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Astronauters maver går i stå i rummet – blodprøver giver nyt svar

    05.10.2026

  • 30 års overvågning viser, at antibiotikaresistens kan presses tilbage

    05.10.2026

  • Spiseolier – de onde, de gode og den virkelig gode

    29.09.2026

  • Gekkoen kan hele sit hjerte uden arvæv

    29.09.2026

  • Hydrogensulfid og biokul

    22.09.2026

  • Fremtidens cement er levende

    22.09.2026

  • En succesfuld LabDays Copenhagen 2026

    14.09.2026

  • Kemiens etik: Et overset felt med voksende betydning

    07.09.2026

  • Molekylær fødevarekemi former fremtidens mad

    27.08.2026

  • Hvad bruger vi kalken til?

    26.08.2026

  • Kontrolleret osmose

    26.08.2026

  • Der er forskel på thioler og thioler

    26.08.2026

  • Udnyttelse af biernes bakterier til udvikling af innovative plantebaserede fødevarer

    26.08.2026

  • GC-analyse af ”håbløse” matricer

    24.08.2026

  • Hvor kommer kalken fra?

    17.08.2026

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia ApS
Gammel Strandvej 20, 1th
DK - 2990 Nivå
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk

Privatlivspolitik
Cookiepolitik
Administrer samtykke
For at give dig de bedste oplevelser bruger vi teknologier som cookies til at gemme og/eller få adgang til enhedsoplysninger. Hvis du giver dit samtykke til disse teknologier, kan vi behandle data som f.eks. browsingadfærd eller unikke ID'er på dette websted. Hvis du ikke giver dit samtykke eller trækker dit samtykke tilbage, kan det have en negativ indvirkning på visse funktioner og egenskaber.
Funktionsdygtig Altid aktiv
Den tekniske lagring eller adgang er strengt nødvendig med det legitime formål at muliggøre brugen af en specifik tjeneste, som abonnenten eller brugeren udtrykkeligt har anmodet om, eller udelukkende med det formål at overføre en kommunikation via et elektronisk kommunikationsnet.
Præferencer
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for det legitime formål at lagre præferencer, som abonnenten eller brugeren ikke har anmodet om.
Statistikker
Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til statistiske formål. Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til anonyme statistiske formål. Uden en stævning, frivillig overholdelse fra din internetudbyders side eller yderligere optegnelser fra en tredjepart kan oplysninger, der er gemt eller hentet til dette formål alene, normalt ikke bruges til at identificere dig.
Marketing
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for at oprette brugerprofiler med henblik på at sende reklamer eller for at spore brugeren på et websted eller på tværs af flere websteder med henblik på lignende markedsføringsformål.
  • Vælg muligheder
  • Administrer tjenester
  • Administrer {vendor_count} leverandører
  • Læs mere om disse formål
Vælg fra liste
  • {title}
  • {title}
  • {title}