科学者らが材料の「指紋」を作成する新しい人工知能手法を開発(Scientists develop new artificial intelligence method to create material ​’fingerprints’)

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2024-07-16 アルゴンヌ国立研究所(ANL)

RMIT大学の研究者たちは、AIとX線光子相関分光法(XPCS)を用いて、材料がストレスを受けた際とリラックスした際の動態を測定する新技術を開発しました。AI-NERDモデルは、XPCSデータから各サンプルの「指紋」を生成し、これにより材料の進化パターンを特定します。研究では、無監督の機械学習アルゴリズムを用いて、コロイドのX線散乱パターンを認識し、材料の構造と進化を理解しました。新しいAPS施設の高輝度X線ビームを用いたデータ解析には、AIが不可欠です。この研究は「Nature Communications」に掲載されました。

<関連情報>

AI-NERD AIを活用したX線光子相関分光法により、平衡状態を超える緩和ダイナミクスの解明を目指す AI-NERD: Elucidation of relaxation dynamics beyond equilibrium through AI-informed X-ray photon correlation spectroscopy

James P. Horwath,Xiao-Min Lin,Hongrui He,Qingteng Zhang,Eric M. Dufresne,Miaoqi Chu,Subramanian K.R.S. Sankaranarayanan,Wei Chen,Suresh Narayanan & Mathew J. Cherukara
Nature Communications  Published:15 July 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-024-49381-z

科学者らが材料の「指紋」を作成する新しい人工知能手法を開発(Scientists develop new artificial intelligence method to create material ​’fingerprints’)

Abstract

Understanding and interpreting dynamics of functional materials in situ is a grand challenge in physics and materials science due to the difficulty of experimentally probing materials at varied length and time scales. X-ray photon correlation spectroscopy (XPCS) is uniquely well-suited for characterizing materials dynamics over wide-ranging time scales. However, spatial and temporal heterogeneity in material behavior can make interpretation of experimental XPCS data difficult. In this work, we have developed an unsupervised deep learning (DL) framework for automated classification of relaxation dynamics from experimental data without requiring any prior physical knowledge of the system. We demonstrate how this method can be used to accelerate exploration of large datasets to identify samples of interest, and we apply this approach to directly correlate microscopic dynamics with macroscopic properties of a model system. Importantly, this DL framework is material and process agnostic, marking a concrete step towards autonomous materials discovery.

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