npj:浊点工程的机器学习—聚合物逆向设计
海归学者发起的公益学术平台
分享信息,整合资源
交流学术,偶尔风月
由新加坡材料研究与工程研究所的Jatin N. Kumar教授领导的团队,开发了一种机器学习框架,用于依据目标相的特性(特别是浊点)来预测聚合物结构(拓扑结构、组成、功能和尺寸)。该框架适应多种长度尺度的复杂无序,即,可区分聚合物与小分子、无机晶体和系统结构的优化。通过合理应用机器学习方法,作者在聚合物设计方面实现了概念上的重大进步。
他们通过三个重要步骤实现了聚合物的设计:
- 首先,策划并分类历史数据和新数据;
- 其次,选择并微调基于梯度增强回归和决策树的机器学习模型,从而得到3.9℃的浊点预测精度(RMSE),该模型能够很好地规范化明确定义的历史数据集,以及新合成的分子量呈不对称分布的聚合物;
- 再次,经粒子群优化的聚合物逆向设计,该步骤基于所训练数据(37℃、45℃、60℃、80℃)的浊点范围扩展的期望浊点,对新聚合物的设计进行预测。
作者讨论了逆向设计方法如何扩展用于多个目标函数,演示了如何通过神经网络集合作为交叉验证技术,以便推断超出训练集之外的数据,从而筛选出17种具有最低预测方差的聚合物。预测聚合物的RMSE与正向模型的RMSE相似。该方法提供了前所未有的对聚合物主动设计的实例,有望显著加速依据浊点等多种目标性能的聚合物设计。
该文近期发表于npj Computational Materials 5: 73 (2019),英文标题与摘要如下,点击左下角“阅读原文”可以自由获取论文PDF。
Machine learning enables polymer cloud-point engineering via inverse design
Jatin N. Kumar, Qianxiao Li, Karen Y. T. Tang, Tonio Buonassisi, Anibal L. Gonzalez-Oyarce & Jun Ye
Inverse design is an outstanding challenge in disordered systems with multiple length scales such as polymers, particularly when designing polymers with desired phase behavior. Here we demonstrate high-accuracy tuning of poly(2-oxazoline) cloud point via machine learning. With a design space of four repeating units and a range of molecular masses, we achieve an accuracy of 4 °C root mean squared error (RMSE) in a temperature range of 24–90 °C, employing gradient boosting with decision trees. The RMSE is >3x better than linear and polynomial regression. We perform inverse design via particle-swarm optimization, predicting and synthesizing 17 polymers with constrained design at 4 target cloud points from 37 to 80 °C. Our approach challenges the status quo in polymer design with a machine learning algorithm that is capable of fast and systematic discovery of new polymers.
扩展阅读
本文系网易新闻·网易号“各有态度”特色内容
媒体转载联系授权请看下方
最新评论
推荐文章
作者最新文章
你可能感兴趣的文章
Copyright Disclaimer: The copyright of contents (including texts, images, videos and audios) posted above belong to the User who shared or the third-party website which the User shared from. If you found your copyright have been infringed, please send a DMCA takedown notice to [email protected]. For more detail of the source, please click on the button "Read Original Post" below. For other communications, please send to [email protected].
版权声明:以上内容为用户推荐收藏至CareerEngine平台,其内容(含文字、图片、视频、音频等)及知识版权均属用户或用户转发自的第三方网站,如涉嫌侵权,请通知[email protected]进行信息删除。如需查看信息来源,请点击“查看原文”。如需洽谈其它事宜,请联系[email protected]。
版权声明:以上内容为用户推荐收藏至CareerEngine平台,其内容(含文字、图片、视频、音频等)及知识版权均属用户或用户转发自的第三方网站,如涉嫌侵权,请通知[email protected]进行信息删除。如需查看信息来源,请点击“查看原文”。如需洽谈其它事宜,请联系[email protected]。