CAMBRIDGE, MA -工程师开发新材料或防护涂料、整理有上亿个不同的可能性。188金宝搏bet官网实验室测试甚至详细的计算机模拟来确定其确切性质,如韧性,可以花费几个小时,几天,或更多的为每一个变量。现在,麻省理工学院开发的一种新的基于人工智能的方法可以减少几毫秒,使其实际屏幕巨大阵列的候选材料。188金宝搏bet官网

麻省理工学院的研究人员希望的系统,可以用于开发更强的防护涂料或结构材料——例如,从影响保护飞机或飞船——在《华尔街日报》的一篇论文中描述188金宝搏bet官网事麻省理工学院博士后Chi-Hua Yu,土木与环境工程教授和部门主管马库斯·j·比勒和林玉娟许在国立台湾大学。

这项工作的重点是在预测材料将打破或骨折的方式,通过分析裂纹的传播材料的分子结构。比勒和他的同事们已经花了许多年研究骨折和其他详细失效模式,因为理解失败过程是开发健壮的关键,可靠的材料。188金宝搏bet官网“我实验室的特色之一是使用我们所说的分子动力学模拟,或基本上一个原子模拟”的过程,比勒说。

这些模拟提供准确的描述化学压裂是如何发生的,他说。但它是缓慢的,因为它需要解决每一个原子运动方程。“这需要很多的时间来模拟这些过程,”他说。精简的团队决定探索过程,使用机器学习系统。

“我们采取了迂回,”他说。“我们一直在问,如果你刚刚的观察压裂发生在一个给定的材料,并让计算机学习这种关系本身?”为此,人工智能(AI)系统需要不同的例子来作为训练集,了解材料的特性和性能之间的相关性。

在这种情况下,他们看着各种各样的组合,分层的水晶材料制成的涂料。188金宝搏bet官网变量包括层的组成和他们的相对取向有序的晶体结构,每个对压裂和这些材料,基于分子动力学模拟。188金宝搏bet官网“我们基本上模拟原子的原子,材料,和我们的记录信息,“比勒说。188金宝搏bet官网

研究人员精心生成成百上千的这种模拟,与各种各样的结构,使每一个不同的模拟骨折。然后他们大量的数据对所有这些模拟输入他们的人工智能系统,是否可以发现底层物理原理和预测的一种新材料的性能没有训练集的一部分。

它也确实做到了。“这是非常激动人心的事情,”比勒说,“因为通过人工智能计算机仿真可以做通常需要很长时间使用分子动力学,或使用有限元模拟,这是另一种工程师解决这个问题,这是非常缓慢的。所以,这是一种全新的方式模拟材料如何失败。”188金宝搏bet官网

如何任何188金宝搏bet官网工程项目材料失败是至关重要的信息,比勒强调。188金宝搏bet官网材料失败如骨折是“在任何行业中损失最大的一个原因。检查飞机或火车或汽车,或用于道路基础设施,或混凝土或钢腐蚀,或了解骨折的生物组织如骨骼、模拟压裂与人工智能的能力,和做快速和高效,是一个真正的游戏规则改变者。”

用这种方法生产的改善速度是惊人的。徐解释说,“单分子动力学模拟,花了几个小时来运行模拟,但是在这个人工智能预测,只需要10毫秒经历所有的预测模式,并展示如何一步一步裂纹形式。”

“在过去的30年左右已经有多个方法在固体模型裂纹扩展,但它仍然是一个强大的和计算量大的问题,”Pradeep Guduru说,布朗大学的工程学教授,他并没有参与这项工作。“通过将计算费用转移到训练一个健壮的机器学习算法,这种新方法可以导致快速和计算便宜的设计工具,这对实际应用总是可取的。”

他们开发的方法是很普通,比勒说。“虽然在我们的论文只应用到一个物质具有不同晶体取向,可以将这种方法应用到更复杂的材料。188金宝搏bet官网从原子论的模拟”,当他们使用数据,系统也可以用来进行预测的基础上的实验数据,如图像材料进行压裂。

“如果我们有一个新材料,我们之前从未模拟,”他说,“如果我们有很多的图片压裂过程中,我们可以喂这些数据到机器学习模型。“不管输入,模拟或实验,人工智能系统本质上是通过进化过程逐帧,注意每个图像如何不同于前一个为了学习潜在的动力。

例如,研究人员利用麻省理工学院的新设施。nano,研究所的机构致力于制造和测试材料在纳米尺度上,大量的新数据对各种合成材料将生成。188金宝搏bet官网

”我们有越来越多的高通量实验技术,很快就会产生很多的图片,在一个自动化的方式,这些类型的数据来源可以立即送入机器学习模型,“比勒说。“我们真的认为未来将是我们之间有更多的集成实验和仿真,更比我们过去。”

系统不仅可以应用到压裂,团队在这个初始的演示,但各种各样的过程演变随着时间的推移,他说,比如一个物质扩散到另一个,或者腐蚀过程。“随时在物理领域的演进,我们想知道这些字段如何演变微观结构的功能,”他说,这种方法可能是一个福音。

美国海军研究办公室和陆军研究办公室支持研究。