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AI发现220万个新材料!

2024-10-20科技

不管是捣鼓出新的清洁能源,还是琢磨出更棒的信息处理法子,想在这些现代技术应用上有个突破的话,那就得造出有新功能的无机晶体材料。这晶体还得稳稳当当的,可不能分解成那些差不多的、能量低的成分。

嘿,您可知道,每弄出一个新的、稳稳当当的晶体来,那背后都得费老长时间做艰苦的实验呢。这都几十年了,科学家做实验,在无机晶体结构数据库(ICSD)里已经给20,000个「算起来」挺稳定的结构编了号。可从成本呀、产量呀,还有合成的复杂程度这些方面来看呢,科学家们也越来越明白过来了,就这种做实验的法子,离完美可差着老大一截子呢。

嘿,【自然】杂志新登了个研究。DeepMind那帮人呢,用新的人工智能工具GNoMe发现了220万个新晶体。这里头有381,000个晶体那可是相当稳定,就像老实巴交的好孩子似的。这些晶体有大用处,能当实验合成的候选材料呢。这要是成了,就像给超导体、超级计算机供电这些未来技术打了一针强心剂,让它们革新发展起来更带劲了。

图神经网络里最牛的那种。

GNoME啊,这是「材料探索图网络」的简称呢,是DeepMind搞出来的一个新的深度学习的玩意儿。它能靠预测新材料稳不稳定,大大加快发现新材料的速度,提高发现新材料的效率。

GNoME可是个超先进的图神经网络(GNN)模型呢。GNN输入的数据是图这种形式,这图啊,就跟原子之间的连接似的,用来发现新的晶体材料可再合适不过了。

最开始的时候呢,研究人员拿「材料计划」(Materials Project)积攒了十多年的数据来训练GNoME。这「材料计划」啊,是2011年就建立起来的一个开放获取的数据库,专门计算那些已知的和预测的材料的性质。训练的时候呢,研究人员就使唤GNoME去生成新的候选晶体,还让它预测这些晶体稳不稳定呢。

研究人员想瞅瞅GNoMe在渐进训练周期里的预测本事咋样。他们就用那个叫密度泛函理论(DFT)的计算技术,来回地查它的性能。还用上一种叫「主动学习」的训练法,不停地改进算法呢。之后把弄出来的高质量训练数据再反馈到模型训练里。嘿,这么一折腾,GNoMe的性能可就大大提高喽,材料稳定性预测的发现率从差不多50%一下子就涨到80%啦。

在ICSD数据库里呢,做实验得出了大概20000个晶体,这些晶体在计算上是稳定的。材料计划、开放量子材料数据库和WBM数据库里的计算方法,把这个数儿给提到了48000个。嘿,GNoME可不得了,一下就把人类知道的稳定晶体的数量增加到了42.1万种呢。(图/DeepMind)

末了,GNoME弄出了220万个晶体结构,这里头有38万个稳定的晶体结构都被加到「材料计划」里去了。

在实验室里给它合成出来。

就像咱们之前提到的,以前啊,科学家找新的晶体结构就靠两种法子。一种是对现成的晶体摆弄摆弄,另一种呢,就是在做实验的时候试试新的元素组合。这过程啊,又费钱又得反复折腾。

过去这十年啊,科学家们就开始琢磨着用计算的法子去找新的晶体材料。那些让人工智能唱主角的法子呢,帮着科学家找出了28,000种新晶体。可这些法子也有不灵的时候,在准确算出能在实验室合成的材料这事儿上,就有点使不上劲儿喽。

GNoME发现了38万多个最稳当的晶体结构呢。世界各地的科学家在实验里已经捣鼓出了736个。这就说明啊,GNoME预测稳定晶体结构的本事可不小,规模和准头都是前所未有的。

DeepMind的那帮研究人员啊,在科学文献里扒拉了一通之后,瞅见世界各地的科学家团队各自鼓捣出了736个新的稳定晶体结构呢,这儿就列出六个例子给大伙瞅瞅。(图/DeepMind)

GNoME对材料科学的贡献那可老值钱了。就说吧,GNoME算出了52,000种像石墨烯似的新层状化合物呢。这玩意儿啊,随着超导体发展,说不定能把电子学整个给改头换面喽。在这之前啊,科学家也就找着了大概1000种这样的材料。这还没完,GNoME还发现了528种可能是锂离子导体的东西呢,这数量是以前研究的25倍,在提升可充电电池性能这事儿上,那可是有望发挥老大作用了。

【人工智能的新材料】这题目听起来就挺高大上的,可咱也得把它掰扯明白喽。人工智能嘛,现在老火了,到处都能听到它的动静。那这人工智能的新材料呢,就像是给这个智能家伙准备的新衣服、新装备一样。这新材料可不得了,就像给超级英雄找到了新的超能力来源似的。在人工智能的发展进程里,新材料那可是有着举足轻重的地位。它就像一个神秘的魔法盒,打开这个盒子,可能就给人工智能带来各种新的本事。不过这新材料也不是那么容易就能找着的,就像在一个巨大的宝库里找一颗特别的宝石一样难。得费不少心思,搞好多研究,才能找到适合人工智能的新材料呢。

嘿,DeepMind那帮研究人员啊,这会儿已经把新发现的晶体数据库给公开往外发布喽。他们琢磨着,把这些新候选材料的完整清单给科学家们递过去,好让科学家们去测一测,然后造出最棒的材料来呢。

伯克利实验室有个自动化的实验室呢,在那儿啊,人工智能指挥着机器人鼓捣新材料。(图/Marilyn Sargent/Berkeley Lab)

这时候呢,DeepMind的那些研究人员啊,就跟劳伦斯伯克利国家实验室的科学家一块儿合作了。他们琢磨着GNoME的预测结果咋能用到材料的自动合成上呢。嘿,他们也把这研究成果发在【自然】杂志上了。在论文里,他们给大家看了这么个事儿:利用「材料计划」里的材料,再加上GNoME对稳定性的那些个见解,一个自动化的实验室一下子就合成了41种还多的新材料呢。这可给人工智能驱动材料合成打开了新的大门。

咱要打造一个更能持续发展的未来呀,那就得有新材料。DeepMind在这事儿上搞的研究,还有世界各地研究人员在这方面下的功夫,都表明了用人工智能来指导材料的发现、做实验和搞合成,这潜力可大着呢。说不定哪天,GNoME和其他人工智能的家伙事儿就能帮咱们把材料研究的法子彻底改喽,把这个重要领域的未来重新塑造一下呢。

你这原文就只写了「参考来源:」这四个字,这可咋按照要求改写呢?你是不是忘记把完整的原文内容提供出来啦?

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封面图和首图呢,是DeepMind。