AI auttaa selvittämään veden jäätymismysteeriä

Osakan yliopiston tutkijat ovat hyödyntäneet tekoälyä (AI) ratkaistakseen vuosisatoja vanhan mysteerin siitä, miksi vesi laajenee jäätyessään. Ryhmä kehitti ja arvioi systemaattisesti 16 erilaista menetelmää veden molekyylien rakenteen kuvaamiseen eri lämpötiloissa ja paineissa.

Tekoälymallin avulla tutkijat pystyivät tunnistamaan tarkimman tavan kuvata veden mikroskooppisia muutoksia. Tämä läpimurto tarjoaa yhtenäisen tieteellisen kehyksen veden epätavallisten ominaisuuksien, kuten jäätymisen aikaisen laajenemisen ja alijäähtyneen veden käyttäytymisen, ymmärtämiseksi.

Vaikka vesi on Maan yleisin neste, se käyttäytyy epätavallisesti jäätyessään, toisin kuin useimmat muut aineet. Aiemmat teoriat ovat yhdistäneet nämä ilmiöt veden mikroskooppiseen rakenteeseen, joka muuttuu lämpötilan ja paineen mukaan. Systemaattisen kuvantamismenetelmän puute on kuitenkin vaikeuttanut syvempää ymmärrystä.

Tutkimus, jota johti apulaisprofessori Kang Kim, yksityiskohtaisesti vertaili erilaisia molekyylirakenteen kuvaustapoja tekoälyn avulla. Tämä mahdollisti veden paikallisen järjestyksen ymmärtämisen ja sen kilpailevien nestemäisten tilojen kehityskulkujen selvittämisen.

Tulokset auttavat selittämään, miten veden molekyylit järjestäytyvät kiteiseksi rakenteeksi jäätyessään. Lisäksi tutkimus valottaa alijäähtyneen veden käyttäytymistä, jossa korkea- ja matalatiheyksiset nestemäiset rakenteet kilpailevat keskenään, vaikuttaen veden epätavallisiin fysikaalisiin ominaisuuksiin.