Khám phá cấu trúc phức tạp của các phân tử sinh học với sự hỗ trợ của học sâu và mạng nơ-ron

Ngày 09/01/2026, tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội (ĐHKHTN, ĐHQGHN), Giáo sư, Tiến sĩ Jer-Lai Kuo – Nghiên cứu viên cao cấp Viện Khoa học Nguyên tử và Phân tử (IAMS), Viện Hàn lâm Khoa học Đài Loan (Trung Quốc) – đã có buổi giảng chuyên đề với chủ đề “Khám phá cấu trúc phức tạp của các phân tử sinh học với sự hỗ trợ của học sâu và mạng nơ-ron”. Bài giảng thu hút sự quan tâm của đông đảo cán bộ, giảng viên và sinh viên, đặc biệt là các nhà nghiên cứu trẻ trong lĩnh vực vật lý, hóa học và khoa học vật liệu.

Trong bài giảng, GS.TS. Jer-Lai Kuo đã giới thiệu những thách thức khoa học đặt ra trong việc nghiên cứu cấu trúc của các phân tử sinh học đơn giản như peptide và saccharide – những hệ có tính linh hoạt cao và bề mặt năng lượng phức tạp. Giáo sư phân tích rõ những ưu điểm cũng như giới hạn của các phương pháp mô phỏng hiện nay: trong khi động lực học phân tử sử dụng trường lực thực nghiệm cho phép khảo sát không gian cấu hình rộng, thì độ chính xác đối với các phản ứng hóa học còn hạn chế; ngược lại, các phương pháp dựa trên nguyên lý cơ bản như Lý thuyết hàm mật độ (DFT) có độ tin cậy cao nhưng lại bị giới hạn bởi chi phí tính toán, khiến thời gian mô phỏng không thể kéo dài.

Trên cơ sở đó, GS.TS. Jer-Lai Kuo đã trình bày cách tiếp cận kết hợp giữa trí tuệ nhân tạo và mô phỏng vật lý, nổi bật là cơ chế tự thích nghi trong huấn luyện thế năng mạng nơ-ron (Neural Network Potential – NNP) nhằm đạt độ chính xác tiệm cận hóa học lượng tử. Thông qua các nghiên cứu về monosaccharide, nhóm của ông đã phát triển phương pháp đa mô hình, bắt đầu từ các kỹ thuật hiệu quả nhưng kém chính xác hơn như trường lực thực nghiệm hoặc mô hình bán thực nghiệm (DFTB), sau đó từng bước xây dựng tập dữ liệu lớn để huấn luyện NNP.

Đối với một phân tử aldohexose điển hình, phương pháp này cho phép xác định khoảng 500 cấu dạng khác nhau, bao phủ dải năng lượng lên tới 150 kcal/mol. Từ các quỹ đạo mô phỏng, nhóm nghiên cứu đã tạo ra tập dữ liệu gồm khoảng 40.000–50.000 cấu hình khác biệt về cả năng lượng và cấu trúc, đủ để huấn luyện NNP với độ chính xác khoảng 1 kJ/mol cho năng lượng và 1 kJ/mol/Å cho gradient. Cơ chế tự thích nghi tiếp tục cho phép mở rộng mô hình sang các loại aldose và ketose khác chỉ bằng việc bổ sung một lượng nhỏ dữ liệu mới, qua đó xây dựng các mô phỏng động lực học phân tử đáng tin cậy trên dải năng lượng vượt quá 200 kJ/mol.

Không chỉ mang đến những chia sẻ học thuật chuyên sâu, bài giảng của GS.TS. Jer-Lai Kuo còn mở ra nhiều góc nhìn mới về tiềm năng ứng dụng của học sâu và trí tuệ nhân tạo trong nghiên cứu khoa học cơ bản, góp phần kết nối các lĩnh vực vật lý, hóa học và khoa học dữ liệu. Những nội dung này đã nhận được sự quan tâm và trao đổi sôi nổi từ cán bộ, giảng viên và sinh viên Khoa Vật lý cũng như các đơn vị khác trong Trường.

Trong khuôn khổ buổi làm việc, GS.TS. Jer-Lai Kuo cũng giới thiệu các cơ hội trao đổi, học tập và nghiên cứu dành cho sinh viên, học viên Trường ĐHKHTN tại Viện Khoa học Nguyên tử và Phân tử – nơi ông đang công tác, qua đó góp phần thúc đẩy quốc tế hóa hoạt động đào tạo và nghiên cứu khoa học của Nhà trường.

Cũng trong chuyến thăm này, GS.TS. Jer-Lai Kuo đã có buổi gặp mặt và trao đổi với GS.TS. Lê Thanh Sơn – Hiệu trưởng Trường ĐHKHTN, cùng lãnh đạo Khoa Vật lý. GS.TS. Lê Thanh Sơn bày tỏ sự vui mừng khi đón tiếp GS.TS. Jer-Lai Kuo trở lại Trường, đồng thời nhấn mạnh những mối quan hệ hợp tác hiệu quả trước đây giữa Giáo sư với Khoa Vật lý và Khoa Hóa học. Nhân dịp kỷ niệm 70 năm thành lập Trường và hai Khoa, lãnh đạo Nhà trường bày tỏ mong muốn tiếp tục đón GS.TS. Jer-Lai Kuo tham gia các hội thảo khoa học quốc tế trong thời gian tới.

Tại buổi gặp mặt, Hiệu trưởng Nhà trường cũng chia sẻ về sự phát triển mạnh mẽ của Khoa Vật lý trong năm qua, đặc biệt trong bối cảnh Chính phủ quan tâm và đầu tư cho lĩnh vực công nghệ bán dẫn. Trường ĐHKHTN hiện có mối quan hệ hợp tác chặt chẽ với Đại học Quốc lập Dương Minh Giao thông, trong đó nhiều sinh viên Khoa Vật lý và Khoa Hóa học đã và đang theo học chương trình thạc sĩ Công nghệ bán dẫn liên kết giữa hai trường.

Đánh giá cao năng lực cũng như tinh thần học tập, nghiên cứu của sinh viên và học viên Việt Nam, GS.TS. Jer-Lai Kuo bày tỏ tin tưởng rằng trên nền tảng hợp tác sẵn có và thiện chí từ hai phía, Trường ĐHKHTN và các đối tác quốc tế sẽ tiếp tục mở rộng hợp tác đào tạo và nghiên cứu theo hướng ngày càng sâu rộng, thực chất và bền vững trong thời gian tới.

• Tags: