アンサンブル機械学習によって生分解性ポリマーの物性を予測 ―不確実性の可視化によりカーボンニュートラルと資源循環に貢献する新材料開発を加速―

2026-06-16 京都工芸繊維大学

京都工芸繊維大学の福島和樹教授らの研究グループは、東京大学大学院新領域創成科学研究科との共同研究により、アンサンブル機械学習を活用して生分解性ポリマーである脂肪族ポリカーボネート(APC)のガラス転移温度(Tg)を高精度に予測する手法を開発した。APCは生分解性や生体適合性を有する環境負荷の低い高分子材料として注目されているが、その物性は化学構造だけでなく分子量分布や熱履歴など多くの要因の影響を受けるため、従来は予測が困難だった。本研究では複数の機械学習モデルを組み合わせるアンサンブル機械学習を導入し、Tgを高精度に予測するとともに、予測値の信頼性を示す「不確実性」の定量化にも成功した。これにより、材料開発段階で予測結果の妥当性を評価しながら効率的な材料設計が可能となる。AIを活用した本手法は、実験回数や開発コストの削減に寄与し、環境低負荷材料の開発を加速する技術として期待される。成果は2026年6月16日付で『Polymer Journal』に掲載された。

アンサンブル機械学習によって生分解性ポリマーの物性を予測 ―不確実性の可視化によりカーボンニュートラルと資源循環に貢献する新材料開発を加速―
カーボンニュートラル実現への鍵となる脂肪族ポリカーボネートの物性を、
アンサンブル機械学習により「不確実性」を含めて高精度に予測

<関連情報>

アンサンブル機械学習を用いた脂肪族ポリカーボネートのガラス転移温度の不確実性を考慮した予測 Uncertainty-aware prediction of the glass transition temperature of aliphatic polycarbonates using ensemble machine learning

Yoshifumi Amamoto,Ryunosuke Ito,Mikako Murakami,Kohzo Ito & Kazuki Fukushima
Polymer Journal  Published:16 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41428-026-01208-y

Abstract

Sustainable polymers are often designed to be degradable or recyclable via low-energy, low-CO₂-emission pathways while demonstrating high physical properties comparable to those of conventional plastics. Aliphatic polycarbonates (APCs), studied as functionalized degradable polymers, are promising candidates for use as sustainable materials. However, enhancing their physical properties remains essential. Polymer properties depend on various factors, including chemical structure, molecular weight and its distribution, branching, higher-order structures, and thermal history, and are therefore not uniquely determined. Machine learning models are powerful tools for predicting polymer properties with associated uncertainty, particularly for polymers absent from open datasets. Herein, we investigate uncertainty-aware predictions of the glass transition temperature (Tg) of APCs using ensembles of multiple molecular descriptors and machine learning methods. The Tg data for more than 50 APCs were collected from previous experimental studies. Prediction models for Tg were constructed using more than 100 combinations of molecular descriptors and machine learning algorithms based on datasets of common polymers. The top five models, selected by coefficients of determination, exhibited moderate predictive performance for APCs. The mean values and standard deviations of the predictions obtained from the top five models provide Tg predictions with quantified uncertainty. This ensemble-based framework will be extended to uncertainty-aware prediction of various polymer properties.

0504高分子製品
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました