科學(xué)家使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來預(yù)測新的穩(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”執(zhí)行各種任務(wù)，從自動駕駛汽車中的行人檢測到分析醫(yī)學(xué)圖像，再到翻譯語言。現(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)來預(yù)測新的穩(wěn)定材料。

“預(yù)測材料的穩(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。“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描述晶體的穩(wěn)定性。另一方面，你有昂貴的量子力學(xué)計算來計算從形成晶體獲得的能量必須在超級計算機上完成。我們所做的就是使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來連接這兩個世界。“

通過訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來預(yù)測晶體的形成能量僅使用兩個輸入 - 組成原子的電負(fù)性和離子半徑-Ong和他的團隊在材料虛擬實驗室開發(fā)的模型可以識別兩類晶體中稱為石榴石的穩(wěn)定材料和鈣鈦礦。這些型號的精度比以前的機器學(xué)習(xí)型號高出10倍，并且足夠快，可以在筆記本電腦上在幾小時內(nèi)有效地屏蔽數(shù)千種材料。該團隊在9月18日出版的Nature Communications上發(fā)表的一篇論文中詳細(xì)介紹了這項工作。

“石榴石和鈣鈦礦用于LED燈，可充電鋰離子電池和太陽能電池。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，化學(xué)博士 Ong材料虛擬實驗室的學(xué)生。

該團隊通過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)來計算任何石榴石或鈣鈦礦組合物的形成能量。

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