Фотокатализатор — это порошок, который, попав в воду на свету, разлагает её на пузырьки водорода и кислорода. Самый популярный материал для этого — диоксид титана, белый пигмент из красок и зубной пасты. Но чистый кристалл работает вяло: он поглощает только ультрафиолет, а таких лучей в солнечном спектре мало. Поэтому кристалл специально портят — вносят дефекты: убирают отдельные атомы кислорода или заменяют часть титана на трёхвалентный. Такой «грязный» порошок становится серым или даже чёрным и начинает использовать видимый свет.
Проблема в том, что рецептов этой порчи — сотни. Одни греют образец в водороде час при 400 °C, другие — два часа при 600 °C, третьи облучают плазмой. Результаты разбросаны по десяткам статей, и сравнивать их трудно: авторы по-разному измеряют активность, не всегда указывают важные детали. Обычный машинный анализ здесь буксует — слишком пёстрые данные. Авторы работы пошли иначе: они вручную отобрали публикации, где описаны условия синтеза и итоговая выработка водорода для диоксида титана с дефектами, и превратили их в единую базу.
Затем исследователи обучили большую языковую модель не просто запоминать закономерности, а рассуждать на основе извлечённых из статей правил. Модель не говорит: «по моему опыту, 500 °C — хорошо». Она находит в базе публикации, где сравнивали разные температуры, и связывает их с механизмом: при слишком низкой температуре дефектов мало, при слишком высокой они слипаются и перестают помогать. Такой подход называют рассуждением с дополненной выборкой: модель опирается на конкретные предложения из статей, как студент на шпаргалки, и потому её выводы можно проверить.
Практическая польза такого ИИ-помощника — не только в ускорении поиска рецепта. Он подсвечивает пробелы: если для какого-то условия данных мало, модель честно скажет, что уверенность низкая. Такой подход можно перенести на другие материалы и другие реакции — везде, где наука накопила горы разрозненных, но ценных наблюдений.
Диоксид титана — тот самый пигмент, который делает белой краску, бумагу и даже глазурь на пончиках. Добавив в него немного «грязи», его превращают в пожиратель солнечного света.