AIと実験の融合で試行錯誤から脱却、自律型研究基盤へのロードマップを提示 ─物理法則を組み込んだAIで水素貯蔵材料開発を加速─

2026-08-25 東北大学

東北大学を中心とする国際研究チームは、水素貯蔵材料の開発を試行錯誤型からAIと自動化実験を連携させた自律型研究へ転換するためのロードマップを提示した。世界69人の専門家の検討に基づき、①信頼できる実験データ、②熱力学などの物理法則を組み込んだAIモデル、③AIによる材料候補設計、④自動化実験を一体化する研究基盤を提案。AIが「実際には合成できない」「必要な温度・圧力では機能しない」材料を選ぶ問題に対し、予測→合成→測定→モデル更新を繰り返す閉ループ型材料探索を導入する。さらにデジタルツインによって計算モデルと実材料を同期させ、実験結果を次の予測へ継続的に反映する。新材料そのものの発見ではなく、AI・物理学・実験を融合した再現性の高い材料研究基盤を示した展望論文であり、水素貯蔵材料の効率的な開発を加速することが期待される。

AIと実験の融合で試行錯誤から脱却、自律型研究基盤へのロードマップを提示 ─物理法則を組み込んだAIで水素貯蔵材料開発を加速─
図1. 本論文が提案する水素貯蔵材料探索の全体像。データベース、物理法則を組み込んだモデル、AIによる候補設計、自動化実験、デジタルツインを循環させ、予測と実験を相互に更新します。

<関連情報>

固体水素貯蔵材料のための物理法則を考慮したAIエコシステムの構築 Building a Physics-Aware AI Ecosystem for Solid-State Hydrogen Storage Materials

Seong-Hoon Jang;Yiwen Yao;Chuanyu Liu;Linda Zhang ;Di Zhang;Xue Jia;Hung Ba Tran;Eric Jianfeng Cheng;Ryuhei Sato;Yusuke Ohashi;Toyoto Sato;Yusuke Hashimoto;Mark D. Allendorf;Nongnuch Artrith;Marcello Baricco;Andreas Borgschulte;Darren P. Broom;Ang Cao;Benjamin Wei Jie Chen;Lixin Chen;Ping Chen;Eun Seon Cho;Stefano Deledda;Zhao Ding;Martin Dornheim;Michael Felderhoff;Yaroslav Filinchuk;George E. Froudakis;Mingxia Gao;Thomas Gennett;Zaiping Guo;Ikutaro Hamada;Jason Hattrick-Simpers;Bjørn C. Hauback;Michael Hirscher;Torben R. Jensen;Baohua Jia;Hyoung Seop Kim;Takahiro Kondo;Kentaro Kutsukake;Xiao-Yan Li;Tongliang Liu;Piao Ma;Jianfeng Mao;Rana Mohtadi;Hyunchul Oh;Mark Paskevicius;Chris J. Pickard;Astrid Pundt;Anibal J. Ramirez-Cuesta;Hiroyuki Saitoh;Kaihang Shi;Aloysius Soon;Chenghua Sun;Chris Wolverton;Hiroshi Yabu;Weijie Yang;Zhenpeng Yao;Xuebin Yu;Jianxin Zou;Shouyi Hu;Panpan Zhou;Xi Lin;Zhigang Hu;Zhenhao Zhou;Pengfei Ou;Jiayu Peng;Shin-ichi Orimo ;Hao Li
ACS Energy Letters  Published:August 14, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acsenergylett.6c01856

Abstract

Hydrogen storage remains a central bottleneck for scalable hydrogen energy systems due to the multiscale and coupled nature of the thermodynamics, kinetics, and microstructural evolution of hydrogen storage materials (HSMs). Although artificial intelligence (AI) has accelerated materials discovery, current approaches remain constrained by fragmented data, limited physical consistency, and weak integration with experimental validation. Here, we propose a unified framework that integrates coherent data infrastructure, physics-grounded modeling, and AI-driven inverse design within a closed-loop discovery paradigm. By constraining optimization with thermodynamics, kinetics, uncertainty, provenance, and experimental feedback, this approach enables adaptive, physically consistent optimization, thereby establishing a pathway toward autonomous, digital-twin-enabled discovery of HSMs.

0104動力エネルギー
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