大規模言語モデルで専門家のように材料空間を探索~自律性と解釈性を備えた無機材料設計のためのAIエージェントを開発~

2025-12-18 東京大学

東京大学の研究グループは、大規模言語モデル(LLM)を中核に据え、専門家の思考様式を模倣しながら無機結晶材料を自律的に探索・設計する生成AIフレームワーク「MatAgent」を開発した。LLMを材料組成提案の推論エンジンとして用い、短期記憶・長期記憶・周期表・知識ベースといった外部ツールを統合することで、広範な材料空間を効率的に探索可能とした。さらに、結晶構造生成モデルと物性予測モデルを組み合わせ、提案結果を反復的に改善する仕組みを構築した点が特徴である。本手法では、自然言語で環境負荷元素の除外などの制約を与えられるほか、材料が有望と判断された理由を説明でき、高い解釈性を実現した。形成エネルギー探索では高い成功率と多様性を示し、ブラックボックス性の克服と材料開発の加速に貢献する成果として期待される。本研究はCell Reports Physical Science誌に掲載された。

大規模言語モデルで専門家のように材料空間を探索~自律性と解釈性を備えた無機材料設計のためのAIエージェントを開発~
本研究で開発したフレームワーク(材料探索システムの枠組み)の概要図

<関連情報>

生成AIエージェントによる無機材料設計の加速 Accelerated inorganic materials design with generative AI agents

Izumi Takahara ∙ Teruyasu Mizoguchi ∙ Bang Liu
Cell Reports Physical science  Published:December 17, 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2025.103019

Highlights

  • MatAgent couples LLM reasoning with generative diffusion and property prediction models
  • Iterative feedback guides crystal generation toward user-defined targets
  • Integration of cognitive external tools mimicking human-like reasoning broadens the explored compositional space
  • MatAgent facilitates interpretable and property-directed AI-driven materials discovery

Summary

Designing inorganic crystalline materials with tailored properties is critical to technological innovation, yet current generative methods often struggle to efficiently explore desired targets with sufficient interpretability. Here, we present MatAgent, a generative approach for inorganic materials discovery that harnesses the powerful reasoning capabilities of large language models (LLMs). By combining a diffusion-based generative model for crystal structure estimation with a predictive model for property evaluation, MatAgent uses iterative, feedback-driven guidance to steer material exploration precisely toward user-defined targets. Integrated with external cognitive tools—including short-term memory, long-term memory, the periodic table, and a comprehensive knowledge base—MatAgent emulates human expert reasoning to vastly expand the accessible compositional space. Our results demonstrate that MatAgent robustly directs exploration toward desired properties while consistently achieving high compositional validity, uniqueness, and novelty. This framework thus provides a highly interpretable, practical, and versatile AI-driven solution to accelerate the discovery and design of next-generation inorganic materials.

0501セラミックス及び無機化学製品
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました