科學(xué)家使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)預(yù)測(cè)新的穩(wěn)定材料

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) - 受大腦連接啟發(fā)的算法 - 已經(jīng)“學(xué)會(huì)”執(zhí)行各種任務(wù)，從自動(dòng)駕駛汽車中的行人檢測(cè)到分析醫(yī)學(xué)圖像，再到翻譯語(yǔ)言?，F(xiàn)在，加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員正在訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)預(yù)測(cè)新的穩(wěn)定材料。

“預(yù)測(cè)材料的穩(wěn)定性是材料科學(xué)，物理和化學(xué)的核心問題，”資深作者，加州大學(xué)圣地亞哥雅各布斯工程學(xué)院的納米工程教授Shyue Ping Ong說(shuō)。“一方面，你有傳統(tǒng)的化學(xué)直覺，如Linus Pauling的五條規(guī)則，用離子的半徑和堆積來(lái)描述晶體的穩(wěn)定性。另一方面，你有昂貴的量子力學(xué)計(jì)算來(lái)計(jì)算從形成晶體獲得的能量必須在超級(jí)計(jì)算機(jī)上完成。我們所做的就是使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)連接這兩個(gè)世界。“

通過(guò)訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)預(yù)測(cè)晶體的形成能量?jī)H使用兩個(gè)輸入 - 組成原子的電負(fù)性和離子半徑-Ong和他的團(tuán)隊(duì)在材料虛擬實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的模型可以識(shí)別兩類晶體中稱為石榴石的穩(wěn)定材料和鈣鈦礦。這些型號(hào)的精度比以前的機(jī)器學(xué)習(xí)型號(hào)高出10倍，并且足夠快，可以在筆記本電腦上在幾小時(shí)內(nèi)有效地屏蔽數(shù)千種材料。該團(tuán)隊(duì)在9月18日出版的Nature Communications上發(fā)表的一篇論文中詳細(xì)介紹了這項(xiàng)工作。

“石榴石和鈣鈦礦用于LED燈，可充電鋰離子電池和太陽(yáng)能電池。這些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有可能大大加速發(fā)現(xiàn)這些和其他重要應(yīng)用的新材料，”第一作者Weike Ye說(shuō)，化學(xué)博士 Ong材料虛擬實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生。

該團(tuán)隊(duì)通過(guò)http://crystals.ai上的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序公開訪問他們的模型。這允許其他人使用這些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)計(jì)算任何石榴石或鈣鈦礦組合物的形成能量。

研究人員正計(jì)劃將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用擴(kuò)展到其他晶體原型以及其他材料屬性。