AIの予測根拠を解読して材料設計指針を導く新手法を開発-マテリアルズ・インフォマティクスによる材料探索の加速-

2026-06-15 東北大学

東京科学大学と東北大学の研究グループは、材料物性を予測するAIの内部情報を解析し、材料設計に有用な知見を自動抽出する新手法を開発した。近年、マテリアルズ・インフォマティクスの発展によりAIによる高精度な物性予測が可能となっているが、AIがどのような特徴に基づいて予測しているのかを解釈し、設計指針へ結び付けることは難しかった。本研究では、結晶構造から光吸収スペクトルを予測する深層学習モデルの内部表現を利用し、類似した特徴を持つ材料を自動的にグループ化する手法を提案した。第一原理計算に基づいて構築した2,681種の金属酸化物やカルコゲナイドの光吸収スペクトルデータベースに適用した結果、スペクトル特性だけでなく、構成元素や原子周辺の配位環境も共通する材料群を抽出できた。さらに各グループの比較から、光学特性を支配する元素や局所構造を特定することに成功した。本手法はAIの予測結果を説明可能な知識へ変換し、新材料探索や物性発現機構の解明を支援する技術である。光吸収スペクトル以外の物性データにも適用可能であり、AIを活用した効率的な材料開発の加速が期待される。

AIの予測根拠を解読して材料設計指針を導く新手法を開発-マテリアルズ・インフォマティクスによる材料探索の加速-
図1 本研究で提案した手法の概略図

<関連情報>

深層学習に基づく高次元データからの有望な材料グループと共通特徴の抽出:無機結晶の光スペクトルの事例 Deep Learning–Based Extraction of Promising Material Groups and Common Features from High-Dimensional Data: A Case of Optical Spectra of Inorganic Crystals

Akira Takahashi, Yu Kumagai, Arata Takamatsu, Fumiyasu Oba
Advanced Intelligent Discovery  Published: 14 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/aidi.202600007

Abstract

We report an interpretation method for deep learning models that allows us to handle high-dimensional spectral data in materials science. The proposed method uses feature extraction and clustering analysis to categorize materials into classes based on similarities in both spectral data and chemical characteristics such as elemental composition and atomic arrangement. As a demonstration, we apply this method to an atomistic line graph neural network (ALIGNN) model trained on first-principles calculation data of 2681 metal oxides, chalcogenides, and related compounds for optical absorption spectrum prediction. Our analysis reveals key elemental species and their coordination environments that influence optical absorption onset characteristics. The method proposed herein is broadly applicable to the classification and interpretation of diverse spectral data, extending beyond the optical absorption spectra of inorganic crystals.

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