בינה מלאכותית בשילוב סימולציות במדעי החומרים

לבינה מלאכותית (AI) יש עתיד מוצלח בתחום מדעי החומרים, במיוחד בשילוב עם סימולציות מבוססות פיזיקה. חוקרים מ-Max-Planck-Institut für Eisenforschung - MPIE סקרו את הפוטנציאל של AI במדעי החומרים ואת האופן שהוא יכול לפתוח אפשרויות חדשות לתכנון חומרים מורכבים.

חומרים מתקדמים חיוניים ליישומים רבים, מטכנולוגיה גבוהה ועד אנרגיה ירוקה ורפואה. עם זאת המורכבות של הרכבים כימיים, מבנים ותכונות רצויות, הופכת את הגישה המסורתית לגילוי וחקר חומרים חדשים למאתגרת. מלבד זאת עולה הצורך בחומרים בני-קיימה שאפשר לייצר, להשתמש בהם ולמחזר באופן ידידותי לסביבה.

סימולציות מבוססות פיזיקה היו האמצעי העיקרי לתכנון חומרים חדשים, אך יש להן מגבלות בעת חיזוי חומרים בעלי קומפוזיציות מורכבות ומיקרו-מבנים ומאפיינים שאינם בשיווי משקל. זה המקום שבו AI יכולה לעשות את ההבדל. בינה מלאכותית עשויה לחלץ אוטומטית תכונות תרמודינמיות ומיקרו-סטרוקטורליות ממערכי נתונים גדולים המתקבלים מסימולציות אלקטרוניות, אטומיסטיות ורצף. יש לה פוטנציאל לכוח חיזוי גבוה, המאפשר עיצוב חומרים בעלי תכונות תובעניות ומגוונות יותר.

מכשול אחד של AI במדעי החומרים הוא זמינות של מערכי נתונים גדולים להדרכה. מחזורי למידה פעילים יכולים לעזור להתגבר על האתגר הזה, שבו מודלים של למידת מכונה מאומנים עם תת-קבוצות קטנות של נתונים מסומנים, ונתונים באיכות גבוהה מוזנים בחזרה למודל לצורך תחזיות משופרות.

על אף שעדיין יש לענות על שאלות לגבי שימוש בבינה מלאכותית במדעי החומרים, כגון טיפול בנתונים דלים ורעשים, התחשבות בחריגים והתייחסות לחדירה לא רצויה, ברור שבינה מלאכותית תמלא תפקיד חשוב יותר ויותר בתכנון סגסוגות מורכבות מבחינה קומפוזיונית בעתיד.

לשילוב של AI וסימולציות מבוססות פיזיקה יש פוטנציאל לחולל מהפכה במדעי החומרים. הדבר מביא לפיתוח חומרים מתקדמים העונים על הדרישות של טכנולוגיה מודרנית וקיימות סביבתית. עם ההתקדמות המתמשכת באלגוריתמים, במערכי נתונים איכותיים של חומרים ובמשאבי מחשוב בעלי ביצועים גבוהים, בינה מלאכותית עומדת לשמש בעיצוב וגילוי של חומרים.

לפרטים נוספים

איור: T. You, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH