纽约-研究人员哥伦比亚大学工程该团队由化学工程教授Venkat Venkatasubramanian和Sanat Kumar领导，通过使用遗传算法的逆向设计框架，开发了一种设计新型纳米结构材料的新方法。188金宝搏bet官网这项研究发表在10月28日的早期在线版美国国家科学院院刊(PNAS)的研究首次展示了这种方法在自组装纳米结构设计中的应用，并展示了机器学习和“大数据”方法在新技术中体现的潜力数据科学与工程研究所在哥伦比亚。

Samuel Ruben-Peter G. Viele工程教授、该论文的合188金宝搏bet官网著者Venkatasubramanian说:“我们的框架可以帮助加快材料发现过程。”“在某种意义上，我们正在利用自然如何发现新材料——达尔文的进化模型——通过适当地将其与计算方法结合起来。188金宝搏bet官网这是吃了类固醇的达尔文。”

利用他们开发的遗传算法，研究人员设计了dna嫁接粒子，这些粒子可以自我组装成他们想要的晶体结构。他们的研究是一种“相反”的方式。在传统的研究中，接枝单链DNA的胶体粒子被允许自组装，然后检查产生的晶体结构。“尽管这种爱迪生式的方法对控制装配的因素的后验理解是有用的，”化学工程系主任、该研究的合著者库马尔指出，“但它不允许我们先验地将这些材料设计成所需的结构。188金宝搏bet官网我们的研究解决了这一设计问题，并提出了一种进化优化方法，不仅能够重现原始相图，详细描述已知晶体的区域，还可以阐明以前未观察到的结构。”

研究人员正在使用“大数据”概念和技术来发现和设计新的纳米材料——这是白宫材料基因组计划的一个优先领域——使用的方法将彻底改变材料设计，影响影响我们日常生活的广泛产品，从药物和农药或除草188金宝搏bet官网剂等农业化学品到燃料添加剂、油漆和清漆，甚至个人护理产品，如洗发水。

“这种逆向设计方法展示了机器学习和算法工程方法在材料科学中具有挑战性的问题上的潜力，”数据科学与工程研究所主任、计算机科学亨利和格特鲁德·罗斯柴尔德教授Kathleen McKeown说。188金宝搏bet官网“在该研究所，我们专注于在一些具有重大工程实际意义的问题上率先取得这样的进展。”

Venkatasubramanian补充说:“发现和设计具有所需性能的新型先进材料和配方是一个重要和具有挑战性的问题，涉及到解决清188金宝搏bet官网洁能源、国家安全和人类福利等行业的各种产品。”他指出，传统的爱迪生式试错发现方法既耗时又费钱;它可能导致上市时间的重大延误，以及错过潜在的解决方案。不断增加的高通量实验数据，在建模和信息学方面的主要挑战，也为材料设计和发现创造了机会。

研究人员在他们早期工作的基础上，开发了他们所谓的自动发现新材料的进化框架。188金宝搏bet官网Venkatasubramanian提出了设计框架并分析了结果，Kumar在自组装纳米材料的背景下开发了该框架。188金宝搏bet官网Babji Srinivasan是Venkatasubramanian和Kumar的博士后，现在是印度理工学院Gandhinagar的助理教授，Thi Vo是哥伦比亚工程学院的博士候选人，他们进行了计算研究。该团队与布鲁克海文国家实验室的Oleg Gang和Yugang Zhang合作，他们进行了辅助实验。

该团队计划继续探索潜在的ssdna接枝胶体纳米结构的设计空间，改进其正向模型，并引入更先进的机器学习技术。Venkatasubramanian说:“我们需要一个新的范式来增加思想的流动，拓宽搜索的视野，并从今天的成功中积累知识，以加速明天的成功。”

美国能源部通过一项为期三年的140万美元赠款资助了这项研究。