وبلاگ

اخبار – فناوری جدید اغلب به مواد جدید نیاز دارد – و با ابررایانه‌ها و شبیه‌سازی‌ها، محققان مجبور نیستند از حدس و گمان‌های ناکارآمد عبور کنند تا آنها را از ابتدا اختراع کنند.

را پروژه موادیک پایگاه داده با دسترسی آزاد که در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی وزارت انرژی (آزمایشگاه برکلی) در سال 2011 تأسیس شد، خواص مواد شناخته شده و پیش بینی شده را محاسبه می کند. محققان می‌توانند بر روی مواد امیدوارکننده برای فناوری‌های آینده تمرکز کنند – آلیاژهای سبک‌تر که مصرف سوخت خودروها را بهبود می‌بخشد، سلول‌های خورشیدی کارآمدتر برای تقویت انرژی‌های تجدیدپذیر یا ترانزیستورهای سریع‌تر برای نسل بعدی رایانه‌ها.

در حال حاضر، Google DeepMind – آزمایشگاه هوش مصنوعی گوگل – تقریباً 400000 ترکیب جدید را به پروژه مواد کمک می‌کند و حجم اطلاعاتی را که محققان می‌توانند از آن استفاده کنند را افزایش می‌دهد. مجموعه داده شامل نحوه چیدمان اتم های یک ماده (ساختار کریستالی) و پایداری آن (انرژی تشکیل) است.

اگر می‌خواهیم با چالش‌های زیست‌محیطی و آب و هوایی جهانی مقابله کنیم، باید مواد جدیدی ایجاد کنیم کریستین پرسون، بنیانگذار و مدیر پروژه مواد در آزمایشگاه برکلی و استاد دانشگاه UC برکلی. با نوآوری در مواد، ما به طور بالقوه می‌توانیم پلاستیک‌های قابل بازیافت را توسعه دهیم، انرژی‌های هدر رفته را مهار کنیم، باتری‌های بهتری بسازیم، و پنل‌های خورشیدی ارزان‌تری بسازیم که عمر طولانی‌تری دارند، از جمله موارد دیگر.»

برای تولید داده‌های جدید، Google DeepMind یک ابزار یادگیری عمیق به نام Graph Networks for Materials Exploration یا GNoME ایجاد کرد. محققان گنوم را با استفاده از گردش کار و داده های توسعه یافته در طول یک دهه توسط پروژه مواد آموزش دادند و الگوریتم گنوم را از طریق یادگیری فعال بهبود بخشیدند. محققان GNoME در نهایت 2.2 میلیون ساختار کریستالی، از جمله 380000 ساختار را به پروژه مواد اضافه کردند و پیش‌بینی کردند که پایدار باشند، که به طور بالقوه در فناوری‌های آینده مفید هستند. نتایج جدید Google DeepMind امروز در این مجله منتشر شده است طبیعت.

برخی از محاسبات GNoME همراه با داده های پروژه مواد برای آزمایش استفاده شد الف-آزمایشگاهتاسیسات در آزمایشگاه برکلی، جایی که هوش مصنوعی ربات ها را در تولید مواد جدید راهنمایی می کند. اولین مقاله A-Lab نیز امروز در طبیعتنشان داد که یک آزمایشگاه خودمختار می تواند به سرعت مواد جدید را با حداقل ورودی انسانی کشف کند.

در طول 17 روز کار مستقل، A-Lab با موفقیت 41 ترکیب جدید از 58 مورد آزمایش شده را تولید کرد – نرخی بیش از دو ماده جدید در روز. در مقایسه، اگر محقق انسانی به ماده مورد نظر برسد، می‌تواند ماه‌ها حدس و گمان و آزمایش ببرد تا یک ماده جدید ایجاد کند.

برای ساخت ترکیبات جدید پیش بینی شده توسط پروژه مواد، هوش مصنوعی A-Lab دستور العمل های جدیدی را با جستجو در مقالات علمی و استفاده از یادگیری فعال برای ایجاد تنظیمات ایجاد کرد. برای ارزیابی پایداری پیش‌بینی‌شده مواد از داده‌های پروژه مواد و GNoME استفاده شد.

گرد سدر، محقق اصلی A-Lab و دانشمند آزمایشگاه برکلی و دانشگاه کالیفرنیا برکلی، گفت: «ما این میزان موفقیت شگفت‌انگیز 71 درصد را داشتیم و اکنون راه‌های مختلفی برای بهبود آن داریم. ما نشان دادیم که ترکیب تئوری و داده با اتوماسیون نتایج باورنکردنی دارد. ما می‌توانیم مواد را سریع‌تر از همیشه بسازیم و آزمایش کنیم، و افزودن اطلاعات بیشتر به طراحی مواد به این معنی است که می‌توانیم حتی انتخاب‌های هوشمندانه‌تری داشته باشیم.»

پروژه مواد پرکاربردترین مخزن دسترسی باز اطلاعات مواد معدنی در جهان است. پایگاه داده حاوی میلیون‌ها خصوصیت صدها هزار ساختار و مولکول است، اطلاعاتی که عمدتاً در آزمایشگاه برکلی پردازش شده‌اند. مرکز ملی محاسبات تحقیقات علمی در زمینه انرژی. بیش از 400000 نفر کاربر ثبت نام شده سایت هستند و به طور متوسط ​​روزانه بیش از چهار مقاله با استناد به پروژه مواد منتشر می شود. مشارکت Google DeepMind بزرگترین افزودن داده های پایداری سازه توسط یک گروه از زمان آغاز پروژه مواد است.

Ekin Dogus Kubuk، رئیس تیم کشف مواد Google DeepMind گفت: “ما امیدواریم که پروژه GNoME تحقیقات کریستال معدنی را به جلو سوق دهد.” محققان خارجی تاکنون بیش از 736 مورد از مواد جدید GNoME را از طریق آزمایش‌های فیزیک مستقل و همزمان تأیید کرده‌اند و نشان می‌دهند که یافته‌های مدل ما را می‌توان در آزمایشگاه‌ها پیاده‌سازی کرد.»

پروژه Materials اکنون ترکیبات Google DeepMind را پردازش کرده و به آن اضافه می کند پایگاه داده آنلاین. داده‌های جدید به‌طور رایگان در اختیار محققان قرار می‌گیرد و همچنین در پروژه‌هایی مانند A-Lab که با پروژه مواد همکاری می‌کند، گنجانده خواهد شد.

پرسون که همچنین مدیر آزمایشگاه برکلی است، گفت: “من واقعاً هیجان زده هستم که مردم از کاری که ما انجام داده ایم برای تولید اطلاعات بی سابقه ای در مورد مواد استفاده می کنند.” ریخته گری مولکولی. این همان کاری است که من با پروژه مواد انجام دادم: نه تنها داده‌هایی را که ایجاد کرده‌ام رایگان و در دسترس برای تسریع طراحی مواد برای جهان قرار دهم، بلکه به دنیا بیاموزم که محاسبات چه کارهایی را برای شما انجام می‌دهد. آنها می توانند فضاهای بزرگ را برای ترکیبات و خواص جدید به طور موثرتر و سریع تر از آزمایشات به تنهایی اسکن کنند.

به دنبال سرنخ های امیدوارکننده از داده های پروژه مواد در دهه گذشته، محققان به طور تجربی خواص مفید مواد جدید را در چندین زمینه تایید کرده اند. برخی پتانسیل استفاده را نشان می دهند:

• در جذب کربن (خروج دی اکسید کربن از جو)
• به عنوان فوتوکاتالیست (موادی که واکنش های شیمیایی را در پاسخ به نور تسریع می کنند و می توانند برای تجزیه آلاینده ها یا تولید هیدروژن استفاده شوند)
• مانند ترموالکتریک (موادی که می توانند به مهار گرمای هدر رفته و تبدیل آن به انرژی الکتریکی کمک کنند)
• مانند سیم های شفاف (که ممکن است در سلول های خورشیدی، صفحه نمایش لمسی یا LED مفید باشد)

البته، یافتن این مواد آینده تنها یکی از گام‌های متعدد در جهت حل برخی از چالش‌های بزرگ تکنولوژیکی بشریت است.

پرسون گفت: «ایجاد مطالب برای افراد ضعیف نیست. “زمان زیادی طول می کشد تا یک ماده از محاسبات به تجاری سازی برسد. باید ویژگی‌های مناسبی داشته باشد، در دستگاه‌ها کار کند، مقیاس‌پذیر باشد، و مقرون به صرفه و کارایی مناسبی داشته باشد. هدف پروژه مواد و امکاناتی مانند A-Lab استفاده از داده‌ها، فعال کردن تحقیقات مبتنی بر داده‌ها و در نهایت به شرکت‌ها رسیدن به اهداف بادوام‌تر است.»

###

آزمایشگاه ملی لارنس برکلی (آزمایشگاه برکلی) متعهد به ارائه راه حل هایی برای بشریت از طریق تحقیقات انرژی پاک، سیاره ای سالم و اکتشافات علمی است. آزمایشگاه برکلی و دانشمندانش در سال 1931 با این باور که بزرگترین مشکلات به بهترین وجه توسط تیم ها حل می شود، تأسیس شد و برنده 16 جایزه نوبل شده است. محققان از سراسر جهان برای تحقیقات پیشگامانه خود به تجهیزات علمی در سطح جهانی آزمایشگاه متکی هستند. آزمایشگاه برکلی یک آزمایشگاه ملی چند برنامه ای است که توسط دانشگاه کالیفرنیا برای دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده اداره می شود.

دفتر علوم DOE بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده است و برای رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما کار می کند. برای اطلاعات بیشتر لطفا مراجعه کنید به Energy.gov/science.