OxiGen: Oxidation-State-Aware Crystal Generation
OxiGen एक नवीन ऑक्सीडेशन-स्टेट-अवेयर क्रिस्टल डिफ्यूजन मॉडल है जो स्पष्ट रूप से ऑक्सीडेशन अवस्थाओं को सम्मिलित करता है और एक संरचित आउटपुट लेयर के माध्यम से वैश्विक आवेश तटस्थता (ग्लोबल चार्ज न्यूट्रैलिटी) को लागू करता है, जिससे मौजूदा विधियों की तुलना में स्थिर, अद्वितीय और प्रयोगात्मक रूप से साध्य अकार्बनिक सामग्रियों के निर्माण में महत्वपूर्ण सुधार होता है।
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नए पदार्थों की खोज आधुनिक तकनीक का एक मौलिक इंजन है, जो बेहतर बैटरी, अधिक कुशल सौर पैनल और शक्तिशाली उत्प्रेरकों के विकास को गति दे रही है। दशकों तक, वैज्ञानिक इन पदार्थों को खोजने के लिए परीक्षण और त्रुटि (trial and error) या मौजूदा डेटाबेस की धीमी छंटनी पर निर्भर रहे हैं। हाल ही में, आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस ने एक तेज़ मार्ग प्रदान किया है: जो पहले से मौजूद चीजों को खोजने के बजाय, जनरेटिव मॉडल शून्य से पूरी तरह नए क्रिस्टल संरचनाओं की कल्पना कर सकते हैं, जिसे 'इनवर्स डिज़ाइन' (inverse design) के रूप में जाना जाता है। हालाँकि, इसमें एक पेंच है। जबकि ये कंप्यूटर प्रोग्राम ऐसी आकृतियाँ बनाने में उत्कृष्ट हैं जो क्रिस्टल जैसी दिखती हैं, वे अक्सर ऐसी संरचनाएँ बनाने में विफल रहते हैं जो वास्तव में प्रयोगशाला में अस्तित्व में हो सकें। समस्या रसायन विज्ञान के उन अदृश्य नियमों में निहित है जो यह नियंत्रित करते हैं कि परमाणु आपस में कैसे जुड़ते हैं। विशेष रूप से, प्रत्येक क्रिस्टल में मौजूद प्रत्येक परमाणु एक विशिष्ट विद्युत आवेश (electrical charge) वहन करता है, जिसे ऑक्सीकरण अवस्था (oxidation state) कहा जाता है। एक क्रिस्टल के स्थिर और वास्तविक होने के लिए, इन सभी आवेशों का योग शून्य के बराबर संतुलित होना चाहिए। यदि आवेश एक-दूसरे को रद्द नहीं करते हैं, तो वह सामग्री रासायनिक रूप से असंभव है, चाहे उसकी संरचना स्क्रीन पर कितनी भी सुंदर क्यों न दिखे।
इंपीरियल कॉलेज लंदन के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस विशिष्ट समस्या को हल करने के लिए 'ऑक्सीजन' (OxiGen) नामक एक नया आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस सिस्टम विकसित किया है। क्रिस्टल निर्माण के लिए पिछले एआई मॉडलों ने परमाणुओं को केवल तत्वों के प्रकारों (जैसे कार्बन या ऑक्सीजन) के रूप में माना, और केवल बाद में यह जाँच की कि अंतिम परिणाम अपने आवेशों को संतुलित करता है या नहीं। यह दृष्टिकोण अक्सर एआई को ऐसी सामग्रियां आविष्कार करने की ओर ले गया जिन्हें काम करने के लिए अत्यंत दुर्लभ या असंभव आवेश संयोजनों की आवश्यकता थी, जिससे वे वास्तविक दुनिया के उपयोग के लिए बेकार हो गईं। ऑक्सीजन इसे बदलकर यह सुनिश्चित करता है कि एआई क्रिस्टल का निर्माण करते समय प्रत्येक एकल परमाणु के आवेश के बारे में सोचे। पहले तत्व का अनुमान लगाने और बाद में आवेश को ठीक करने के बजाय, यह मॉडल क्रिस्टल में प्रत्येक स्थान के लिए एक विशिष्ट "प्रजाति" (species) उत्पन्न करता है, जिसमें तत्व और उसका सटीक विद्युत आवेश दोनों शामिल होते हैं। यह सुनिश्चित करता है कि एआई हमेशा उस विद्युत संतुलन के प्रति जागरूक रहे जिसे उसे बनाए रखने की आवश्यकता है।
यह सुनिश्चित करने के लिए कि आवेश हमेशा शून्य के बराबर हों, शोधकर्ताओं ने एआई की निर्णय लेने की प्रक्रिया में एक विशेष गणितीय फ़िल्टर बनाया। कल्पना कीजिए कि एआई विभिन्न परमाणुओं के साथ स्लॉट की एक लंबी पंक्ति भर रहा है। जैसे-जैसे वह प्रत्येक परमाणु को रखता है, वह विद्युत आवेश का एक रनिंग टोटल (running total) रखता है। यह नई प्रणाली परमाणुओं के हर संभावित संयोजन की जाँच करने के लिए एक संरचित विधि का उपयोग करती है, यह सुनिश्चित करते हुए कि कोई भी विकल्प चुनने से पहले ही अंतिम कुल योग हमेशा शून्य होगा। यह कोई रैंडम अनुमान नहीं है; यह एक सटीक गणना है जो गारंटी देती है कि अंतिम परिणाम रासायनिक रूप से वैध होगा। शोधकर्ताओं ने ज्ञात क्रिस्टल संरचनाओं के एक बड़े डेटाबेस का उपयोग करके इस प्रणाली का परीक्षण कई अन्य अग्रणी एआई मॉडलों के विरुद्ध किया। उन्होंने पाया कि ऑक्सीजन वास्तविक दुनिया के पैटर्न (कि आवेश कैसे वितरित होते हैं) के साथ क्रिस्टल बनाने में कहीं अधिक श्रेष्ठ था। जहाँ अन्य मॉडल अक्सर ऐसी सामग्रियां उत्पन्न करते थे जिन्हें संतुलित करने के लिए दुर्लभ, अस्वाभाविक आवेश अवस्थाओं की आवश्यकता होती थी, वहीं ऑक्सीजन ने लगातार ऐसे क्रिस्टल बनाए जिनमें प्रकृति में पाए जाने वाले सामान्य, स्थिर आवेश संयोजन मौजूद थे।
परिणामों से पता चला कि ऑक्सीजन ने न केवल रासायनिक रूप से वैध सामग्रियां बनाईं; बल्कि इसने समग्र रूप से बेहतर सामग्रियां भी बनाईं। जब टीम ने एआई को हजारों नए क्रिस्टल बनाने के लिए कहा, तो ऑक्सीजन ने अन्य किसी भी पद्धति की तुलना में अधिक प्रतिशत में ऐसी संरचनाएं बनाईं जो स्थिर, अद्वितीय और वास्तव में नवीन थीं। यहाँ तक कि जब शोधकर्ताओं ने एआई को विशिष्ट गुणों वाले क्रिस्टल डिजाइन करने के लिए कहा, जैसे कि बिजली संचालित करने की एक विशेष क्षमता या एक विशिष्ट रंग, ऑक्सीजन ने अपने उच्च स्तर की रासायनिक वैधता को बनाए रखा। अन्य मॉडल विशिष्ट लक्ष्यों को पूरा करने के दबाव में रसायन विज्ञान के नियमों को तोड़ते थे, जिससे असंभव सामग्रियां बनती थीं। हालाँकि, ऑक्सीजन रासायनिक वास्तविकता में अडिग रहा। अध्ययन बताता है कि आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस को विद्युत संतुलन के मूलभूत नियमों के बारे में स्पष्ट रूप से सिखाकर, शोधकर्ता इन शक्तिशाली उपकरणों को ऐसी सामग्रियों की खोज के लिए निर्देशित कर सकते हैं जो न केवल गणितीय रूप से दिलचस्प हैं, बल्कि वास्तव में प्रयोगशाला में संभव भी हैं। यह दृष्टिकोण टिकाऊ प्रौद्योगिकियों की अगली पीढ़ी की खोज को तेज करने के लिए एक आशाजनक मार्ग प्रदान करता है।
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