AI助金屬玻璃問世 人工智能加快新材料發(fā)現(xiàn)速度

 在適當(dāng)?shù)臈l件下，一種被稱為金屬玻璃的未來合金，會(huì)比現(xiàn)在的鋼材更堅(jiān)固輕便，也更耐腐蝕和磨損。過去50年中，人們在數(shù)百萬種可能的成分組合中，已經(jīng)評(píng)估過幾千種，但只有少數(shù)幾種可能是有用的。

現(xiàn)在，由美國能源部SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室、國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)和西北大學(xué)的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)科學(xué)小組報(bào)告，他們找到了發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)金屬玻璃的捷徑，僅用較少時(shí)間和成本，就能發(fā)現(xiàn)新材料。

發(fā)現(xiàn)新材料速度快200倍

理想的狀況是，將兩種或三種金屬融合在一起，會(huì)得到看起來像金屬的合金，其原子排列成剛性幾何圖形。

科學(xué)小組利用斯坦福同步輻射光源中一個(gè)結(jié)合了機(jī)器學(xué)習(xí)的新系統(tǒng)，能快速篩選數(shù)百種樣品材料，使團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了3種新混合物制成的金屬玻璃成分，速度比以前快200倍。

西北大學(xué)教授克里斯·沃爾夫頓是使用計(jì)算機(jī)和人工智能預(yù)測新材料的先驅(qū)，也是論文合作者之一。他說，通常需要十年或二十年的時(shí)間，新材料才能完成從發(fā)現(xiàn)到商用的過程，“這一成果極大縮短了新材料發(fā)現(xiàn)所花費(fèi)的時(shí)間。”

材料科學(xué)的前景將改變

在過去的半個(gè)世紀(jì)里，科學(xué)家一共才研究了大約6000種金屬玻璃的組成成分，而這套新系統(tǒng)能夠制作并篩選20000種成分。

雖然有其他團(tuán)隊(duì)也在使用機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測尋找不同種類的金屬玻璃，但此次科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)的快速驗(yàn)證和預(yù)測，然后將結(jié)果循環(huán)到下一輪機(jī)器學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)中，是此次進(jìn)步的獨(dú)特之處。

實(shí)際上，這種方法可以用于各種實(shí)驗(yàn)，特別是在尋找材料，如金屬玻璃和催化劑方面大有裨益。NIST材料研究工程師杰森·海垂科-席目爾說，人工智能將改變材料科學(xué)的前景。

為全球科學(xué)家提供實(shí)用工具

該論文是美國能源部資助此項(xiàng)目的第一個(gè)科學(xué)成果，SLAC正在與硅谷人工智能公司Citrine Informatics合作，改變了新材料的發(fā)現(xiàn)方式，為全世界科學(xué)家提供了實(shí)用的工具。

該公司由斯坦福大學(xué)和西北大學(xué)的前研究生創(chuàng)立，他們創(chuàng)建了一個(gè)材料科學(xué)數(shù)據(jù)平臺(tái)，其中電子表格和實(shí)驗(yàn)室筆記中的數(shù)據(jù)以一致的格式存儲(chǔ)，所以能用來供人工智能系統(tǒng)學(xué)習(xí)使用。

近來，評(píng)估新材料的速度非常緩慢，即使每天都可以檢測5種潛在類型的金屬玻璃，仍要花上一千年時(shí)間來研究每一種可能的金屬玻璃組合，以克服有毒、昂貴成分，或去掉易碎的性質(zhì)等。

沃爾夫頓說，最終的目標(biāo)，是讓科學(xué)家能夠獲得機(jī)器學(xué)習(xí)模型中的直接反饋結(jié)果，并在第二天甚至下一個(gè)小時(shí)內(nèi)，就準(zhǔn)備好另一套待測試的樣本。