Исследователи Ок-Риджской национальной лаборатории США научили ИИ управлять сканирующим туннельным микроскопом и самостоятельно перемещать отдельные молекулы по поверхности меди. Система собрала из 37 молекул искусственную решетку с электронной структурой графена, почти не требуя участия человека. Такой подход может превратить чрезвычайно медленную ручную работу с веществом на атомном масштабе в автоматизированный процесс создания квантовых материалов с заданными свойствами.
В экспериментах ученые работали с молекулами угарного газа CO на поверхности кристалла меди Cu(111). Сверхострый наконечник сканирующего туннельного микроскопа позволяет физически сдвигать отдельные молекулы, однако каждый шаг требует точно подобрать напряжение, туннельный ток, скорость движения и траекторию. Ошибка способна сместить молекулу не туда или нарушить состояние наконечника, поэтому сборка крупных структур вручную занимает много времени.
Команда передала значительную часть такой работы программной системе. Модель компьютерного зрения YOLO находила молекулы на изображениях микроскопа, алгоритм сопоставлял каждую молекулу с нужной позицией, а модель обучения с подкреплением подбирала параметры движения. Во время работы программа корректировала траектории с учетом ориентации кристаллической решетки меди и компенсировала дрейф изображения, который становится заметным при манипуляциях на столь малом масштабе.
ИИ не получил полностью свободный контроль над микроскопом. Исследователи сначала собрали данные, двигая молекулы при разных значениях напряжения, тока и скорости, а затем обучили модель выбирать параметры, повышающие вероятность успешного перемещения. Уже во время эксперимента алгоритм дополнительно корректировал свою стратегию по результатам выполненных действий.
Главной демонстрацией стала искусственная графеновая решетка из 37 молекул. Речь идет не о настоящем графене из атомов углерода. Расставленные на меди молекулы CO изменяют движение поверхностных электронов и создают для них искусственный потенциал, который позволяет воспроизводить свойства различных кристаллических структур. Спектроскопические измерения обнаружили характерную точку Дирака, что подтвердило появление ожидаемой электронной структуры искусственного графена.
Автоматизация пока остается частичной. На сборку структуры из 37 молекул ушло около 25 часов и примерно 900 операций, причем одно перемещение занимало около минуты. Система могла работать больше суток подряд, но человеку все еще приходилось вмешиваться, когда наконечник микроскопа терял стабильность и требовал восстановления.
Исследователи рассчитывают в дальнейшем перейти к обратному проектированию материалов. Вместо ручного задания расположения каждой молекулы ученый сможет указать желаемые электронные свойства, после чего алгоритм рассчитает подходящую структуру и попробует собрать ее самостоятельно. Среди возможных направлений авторы называют искусственные квантовые системы и структуры, пригодные для изучения топологических состояний и разработки компонентов квантовых вычислителей. Пока работа показывает принципиальную возможность такого подхода, а не готовую технологию массового производства электроники.
Исследование опубликовано в журнале ACS Nano. Статья появилась онлайн еще в декабре 2025 года и вошла в февральский выпуск журнала 2026 года, а Ок-Риджская национальная лаборатория отдельно представила результаты широкой аудитории 1 сентября 2026 года.