www涩-www黄网站-www黄色-www黄色com-国产免费拍拍视频在线观看网站-国产免费怕怕免费视频观看

學(xué)界 | 離開實(shí)驗(yàn)室的材料科學(xué):AI正將新材料的發(fā)現(xiàn)過程提速200倍

2018-05-28 14:36:01 大云網(wǎng)  點(diǎn)擊量: 評(píng)論 (0)
大數(shù)據(jù)文摘作品編譯:李雷、大茜、Aileen算法和材料數(shù)據(jù)庫(kù)正幫科學(xué)家預(yù)測(cè)哪些元素能合成新材料。幾百年來(lái),人們一直是通過反復(fù)試驗(yàn)或者靠運(yùn)

學(xué)界

大數(shù)據(jù)文摘作品

編譯:李雷、大茜、Aileen

算法和材料數(shù)據(jù)庫(kù)正幫科學(xué)家預(yù)測(cè)哪些元素能合成新材料。

幾百年來(lái),人們一直是通過反復(fù)試驗(yàn)或者靠運(yùn)氣和偶然發(fā)現(xiàn)新材料。現(xiàn)在,科學(xué)家們正在使用人工智能來(lái)加速這一過程。

用AI來(lái)解決如何生成新的金屬玻璃混合物

最近,西北大學(xué)的研究人員的問題。這比起在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)快了200倍。

科學(xué)家們正在構(gòu)建由數(shù)千種化合物組成的數(shù)據(jù)庫(kù),以便用算法來(lái)預(yù)測(cè)哪些化合物的組合會(huì)形成有趣的新材料。還有人用AI來(lái)分析已發(fā)表的論文挖據(jù)“材料配方”以產(chǎn)生新材料。

過去,科學(xué)家和建筑工人們只能將材料混合在一起看看能形成什么。比如,水泥就是這樣被發(fā)現(xiàn)的。隨著時(shí)間的推移,他們學(xué)習(xí)了各種化合物的物理特性,但大部分知識(shí)仍然只是基于直覺。

“如果你問為什么日本水淬鋼用于制作刀具最好,我覺得誰(shuí)都回答不了,”美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院材料基因倡導(dǎo)小組的主任James Warren說(shuō),“對(duì)于這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)與迷人外表之間的關(guān)系,它們只有一種根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而來(lái)的理解。”

利用數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算機(jī)

Warren說(shuō),我們現(xiàn)在可以來(lái)快速確定是什么讓材料變得更堅(jiān)固或更輕,而不是憑經(jīng)驗(yàn),這有可能變革整個(gè)行業(yè)。此外,原本發(fā)現(xiàn)一種材料并將其整合成產(chǎn)的時(shí)間可能需要超過20年,加速這一過程勢(shì)必會(huì)使我們獲得更好的手機(jī)電池和屏幕,更好的用于火箭的合金材料,以及更好的健康設(shè)備傳感器。

“任何事情只要是由物質(zhì)造成的,我們就可以改進(jìn)。”沃倫說(shuō)。

正如Warren所說(shuō),為了理解新材料是如何制造的,我們可以把材料科學(xué)家想象成廚師。假設(shè)你有雞蛋,并且你喜歡有嚼頭的食物,這些就是你想要的菜肴的特點(diǎn),但你該怎么做呢?為了創(chuàng)建一個(gè)蛋白和蛋黃都結(jié)實(shí)的結(jié)構(gòu),你需要一個(gè)配方,其中包含根據(jù)你想要的結(jié)果處理雞蛋的步驟,比如煮老一點(diǎn)。

材料科學(xué)使用相同的概念:如果一位科學(xué)家想要某些材料特性(比如說(shuō),輕便又堅(jiān)韌),她會(huì)尋找可以產(chǎn)生這些特性的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu),以及需要通過哪種處理過程,比如對(duì)金屬進(jìn)行熔化或捶打,來(lái)創(chuàng)造這樣的結(jié)構(gòu)。

建立“材料云”數(shù)據(jù)庫(kù),雖不完美但已為科學(xué)家們創(chuàng)造了捷徑

數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算技術(shù)

可以幫助人們找到答案。“我們對(duì)材料進(jìn)行量子力學(xué)級(jí)別的計(jì)算,這種計(jì)算非常復(fù)雜,因此我們可以在實(shí)驗(yàn)室中合成一種可能的新材料之前,就用計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)出它的屬性。”西北大學(xué)材料科學(xué)家Chris Wolverton說(shuō),他主管開放量子材料數(shù)據(jù)庫(kù)。其他主要數(shù)據(jù)庫(kù)包括材料項(xiàng)目和材料云。數(shù)據(jù)庫(kù)還不完整,但數(shù)據(jù)量一直在增長(zhǎng),并且已經(jīng)從中找到了令人興奮的發(fā)現(xiàn)。

材料項(xiàng)目鏈接:

https://materialsproject.org/about

材料云鏈接:

https://www.materialscloud.org/

利用數(shù)據(jù)庫(kù)查找可剝離的3D材料

瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)研究員Nicola Marzari,以創(chuàng)建僅有一層的2D材料。比如,被炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)的石墨烯,它由單層石墨(也就是鉛筆芯的材料)組成。像石墨烯一樣,這些2D材料可以具有非凡的特性,如強(qiáng)度,而這在其3D形態(tài)中是不存在的。

Marzari的團(tuán)隊(duì)用算法篩選來(lái)自多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息。他上個(gè)月在《自然納米技術(shù)雜志》上發(fā)表的文章中寫到,該算法在超過100,000種材料中,最終發(fā)現(xiàn)可以剝離成一層的材料大約有2,000種。

Marzari管理的“材料云”是一個(gè)材料“寶藏”,因?yàn)樵S多材料具有可以改善電子設(shè)備的特性,有些可以很好地傳導(dǎo)電力,有些可以將熱量轉(zhuǎn)化為水,有些可以吸收太陽(yáng)能:它們可以用于計(jì)算機(jī)或電池中的半導(dǎo)體,因此Marzari團(tuán)隊(duì)的下一步就是密切研究這些可能的特性。

Marzari的工作是科學(xué)家如何使用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)預(yù)測(cè)哪些化合物可能會(huì)產(chǎn)生令人興奮的新材料的一個(gè)例子。然而,這些預(yù)測(cè)仍需要在實(shí)驗(yàn)室中得到證實(shí)。并且Marzari仍然需要給他的算法定義某些規(guī)則,比如尋找弱化學(xué)鍵。AI可以創(chuàng)建一條捷徑:科學(xué)家可以告訴AI他們想要?jiǎng)?chuàng)造的東西,比如超強(qiáng)材料,而不是編制特定的規(guī)則,然后AI會(huì)告訴科學(xué)家生成新材料最佳實(shí)驗(yàn)方法。

Wolverton和他在西北大學(xué)的團(tuán)隊(duì)在本月出版的Science Advances雜志上的一篇論文中描述了AI 的運(yùn)用。研究人員渴望研制新的金屬玻璃(非晶態(tài)合金),這種玻璃比金屬或玻璃更結(jié)實(shí),但硬度卻更低,未來(lái)可以用于改進(jìn)手機(jī)和航天器。

記住所有的語(yǔ)法規(guī)則

斯坦福大學(xué)SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的共同研究者Apurva Mehta說(shuō),他們使用的AI方法與人們學(xué)習(xí)新語(yǔ)言的方式類似。語(yǔ)言學(xué)習(xí)的其中一種方法是坐下來(lái)。“但另一種學(xué)習(xí)方法就是,”Mehta說(shuō)。

兩者組合

他們的做法是把起來(lái)。首先,研究人員瀏覽盡可能多的已發(fā)表的論文,了解如何制作不同類型的金屬玻璃。接下來(lái),他們將這些“語(yǔ)法規(guī)則”提供給機(jī)器學(xué)習(xí)算法。然后該算法學(xué)會(huì)自己預(yù)測(cè)哪些元素的組合會(huì)創(chuàng)造一種新的金屬玻璃形式,這類似于通過去法國(guó)居住來(lái)改善法語(yǔ),而不是無(wú)休止地背詞性變化表。Mehta的團(tuán)隊(duì)隨后在實(shí)驗(yàn)室中檢驗(yàn)了機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)給出的建議。

科學(xué)家一次可以合成和測(cè)試數(shù)千種材料。但即使以這樣的速度,盲目嘗試每種可能的組合還是很浪費(fèi)時(shí)間。“他們不能把整個(gè)元素周期表都拿來(lái)做嘗試,”Wolverton說(shuō),所以AI的作用是“為他們提供幾個(gè)入手點(diǎn)”。

AI的結(jié)果并不完美,還不能給出更進(jìn)一步的建議,比如所需元素的確切比例,但科學(xué)家們確實(shí)能夠用AI的結(jié)果生成新的金屬玻璃。另外,測(cè)試AI給出的結(jié)果意味著他們現(xiàn)在有更多的數(shù)據(jù)可以反饋給算法,所以每次重新預(yù)測(cè)都會(huì)變得更智能。

創(chuàng)建一份“食譜”或材料配方集

“食譜”

使用AI的另一種方式是創(chuàng)建一個(gè)或。在去年年底發(fā)表的兩篇論文中,麻省理工學(xué)院的科學(xué)家開發(fā)了一種機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng),可以掃描學(xué)術(shù)論文,找出哪些論文包含制作某種材料的說(shuō)明。它檢測(cè)出哪些段落包含“配方”的準(zhǔn)確率高達(dá)99%,并且該段落中找出原話的準(zhǔn)確度有86%。

麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在對(duì)AI系統(tǒng)進(jìn)行更精確的訓(xùn)練。他們希望為整個(gè)科學(xué)界創(chuàng)建這種“食譜”數(shù)據(jù)庫(kù),但他們需要與這些學(xué)術(shù)論文的出版商合作,以確保其收集不違反任何協(xié)議。最終,團(tuán)隊(duì)還希望能夠訓(xùn)練系統(tǒng)閱讀論文,然后自行制作新的“食譜”。

麻省理工學(xué)院材料科學(xué)家及共同研究者Elsa Olivetti:“我們的其中一個(gè)目標(biāo)是對(duì)于已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的材料,找到更有效,更低成本的生成方法。另一個(gè)目標(biāo)是,對(duì)于計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)出的化合物,我們能否提出一系列更好的方法來(lái)生成它?”

挑戰(zhàn):模型預(yù)測(cè)考慮不到現(xiàn)實(shí)因素

無(wú)法預(yù)測(cè)一切

人工智能和材料科學(xué)的未來(lái)看起來(lái)很有前景,但依然存在挑戰(zhàn)。首先,計(jì)算機(jī)。“這些預(yù)測(cè)本身就有錯(cuò)誤,并且經(jīng)常是在簡(jiǎn)化的材料模型基礎(chǔ)上預(yù)測(cè),而不考慮真實(shí)情況”,EPFL的Marzari說(shuō)。有各種各樣的環(huán)境因素會(huì)影響化合物的行為,比如溫度和濕度,大多數(shù)模型沒有考慮這些因素。

足夠多的的所有化合物的數(shù)據(jù)資料

Wolverton認(rèn)為另一個(gè)問題是我們?nèi)匀粵]有,缺乏數(shù)據(jù)意味著算法不會(huì)很智能。也就是說(shuō),他和Mehta現(xiàn)在希望在除金屬玻璃以外的其他類型的材料上使用他們的方法。他們希望有一天,生成新材料不再需要由人來(lái)做實(shí)驗(yàn),而只是AI和機(jī)器人就夠了。“我們可以創(chuàng)建一個(gè)真正完全自主的系統(tǒng),”Wolverton說(shuō),“沒有任何人參與的系統(tǒng)。”

大云網(wǎng)官方微信售電那點(diǎn)事兒

責(zé)任編輯:電力交易小郭

免責(zé)聲明:本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn),與本站無(wú)關(guān)。其原創(chuàng)性以及文中陳述文字和內(nèi)容未經(jīng)本站證實(shí),對(duì)本文以及其中全部或者部分內(nèi)容、文字的真實(shí)性、完整性、及時(shí)性本站不作任何保證或承諾,請(qǐng)讀者僅作參考,并請(qǐng)自行核實(shí)相關(guān)內(nèi)容。
我要收藏
個(gè)贊
?
主站蜘蛛池模板: 国产乱子伦片免费观看中字 | 欧美一区二区三区不卡片 | 手机看片福利视频 | 欧美成人全部费免网站 | 亚洲欧美日韩国产综合 | 亚洲一级大片 | 精品一区二区三区中文 | 欧美黄色成人 | 日韩精品另类天天更新影院 | 久久国内精品自在自线观看 | 国产高清在线看免费视频观 | 欧美成人eee在线 | 国产一级二级三级毛片 | 亚洲一区二区三区免费在线观看 | 午夜免费片在线观看不卡 | 国产精品特黄毛片 | 国产成人一区二区三区高清 | 日韩a级片 | 一男一女的一级毛片 | 男人在线网址 | 日本不卡一区二区三区在线观看 | 欧美极度另类 | 一级特一级特色生活片 | 在线中文字幕精品第5页 | 国产精品毛片一区二区三区 | 91av手机在线 | 丝袜足液精子免费视频 | 夜色爽爽 | 午夜刺激爽爽视频免费观看 | 一区二区三区免费视频观看 | 日本黄网站高清色大全 | 国产成人在线播放视频 | 国产精品亚洲欧美一级久久精品 | 久久久久久久久久久福利观看 | 男女视频在线观看免费高清观看 | 国产成人理在线观看视频 | 神马午夜在线 | 深夜做爰性大片中文 | 国产欧美在线观看 | 久久国产成人午夜aⅴ影院 久久国产成人亚洲精品影院老金 | 一区两区三不卡 |