新型人工智能算法，可即時(shí)預(yù)測(cè)材料結(jié)構(gòu)和特性

【資料圖】

美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布斯工程學(xué)院的納米工程師開(kāi)發(fā)了一種人工智能（AI）算法，幾乎可以即時(shí)預(yù)測(cè)任何材料（無(wú)論是現(xiàn)有材料還是新材料）的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)特性。該算法被稱(chēng)為M3GNet，用于開(kāi)發(fā)matterverse.ai數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)包含超過(guò) 3100 萬(wàn)種尚未合成的材料，其特性由機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測(cè)。這一數(shù)據(jù)庫(kù)還促進(jìn)了具有卓越性能的新材料的發(fā)現(xiàn)，研究人員可使用其來(lái)尋找更安全、能量密度更高的可充電鋰離子電池電極和電解質(zhì)。

材料的性質(zhì)由其原子排列決定。然而，現(xiàn)有的獲得這種安排的方法要么過(guò)于昂貴，要么對(duì)許多元素?zé)o效。研究人員表示，與蛋白質(zhì)類(lèi)似，人們需要了解材料的結(jié)構(gòu)才能預(yù)測(cè)其特性。因此，為了構(gòu)建材料的等價(jià)物，研究團(tuán)隊(duì)將圖形神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與多體交互相結(jié)合，形成了一種深度學(xué)習(xí)架構(gòu)，可在元素周期表的所有元素中通用、高精度地工作。

為了訓(xùn)練他們的模型，該團(tuán)隊(duì)使用了過(guò)去十年在材料項(xiàng)目中收集的巨大的材料能量、力和應(yīng)力數(shù)據(jù)庫(kù)。M3GNet原子間勢(shì) (IAP)可以預(yù)測(cè)任何原子集合中的能量和力。Matterverse.ai是通過(guò)對(duì)無(wú)機(jī)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù) (ICSD) 中的 5,000 多個(gè)結(jié)構(gòu)原型進(jìn)行組合元素替換生成。然后使用M3GNet IAP獲得平衡晶體結(jié)構(gòu)，用于屬性預(yù)測(cè)。

雅各布斯工程學(xué)院可持續(xù)能源與能源中心副主任Shyue Ping Ong說(shuō)，“我們已經(jīng)證明，M3GNet IAP可用于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)材料的鋰電導(dǎo)率。我們堅(jiān)信M3GNet架構(gòu)是一種變革性工具，可極大地?cái)U(kuò)展我們探索新材料化學(xué)和結(jié)構(gòu)的能力。”為了推廣M3GNet的使用，該團(tuán)隊(duì)已將該框架作為開(kāi)源Python代碼發(fā)布在Github上。自 2022 年 2 月在Arxiv上發(fā)布預(yù)印本以來(lái)，引起了學(xué)術(shù)研究人員和業(yè)內(nèi)人士的興趣。有計(jì)劃將M3GNet IAP作為工具集成到商業(yè)材料模擬包中。

該論文研究題為“A Universal Graph Deep Learning Interatomic

Potential for the Periodic Table”，于11月28日發(fā)表在Nature Computational Science上，主要作者為美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校工程學(xué)院的納米工程師Shyue Ping Ong教授。

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論文原文：

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標(biāo)簽： 人工智能 即時(shí)預(yù)測(cè)