“廢棄數(shù)據(jù)+機器學(xué)習(xí)” 浙大杭州國際科創(chuàng)中心解鎖高純化學(xué)品制備新方法

近年來,機器學(xué)習(xí)被引入到材料科學(xué)研究中,能顯著提高材料研發(fā)效率。但目前現(xiàn)有文獻中,報道的實驗數(shù)據(jù)一致性不足、完整性不佳,難以滿足機器學(xué)習(xí)訓(xùn)練的需求。近日,浙大杭州國際科創(chuàng)中心生物與分子智造研究院高純化學(xué)品智造團隊通過結(jié)合廢棄實驗數(shù)據(jù)和計算化學(xué)參數(shù)實現(xiàn)了對材料性能高精度預(yù)測的通用機器學(xué)習(xí)訓(xùn)練策略,巧妙地解決了這個難題。目前,相關(guān)研究成果已發(fā)表在《Matter》期刊上。

“機器學(xué)習(xí)效果的關(guān)鍵在于實現(xiàn)對材料性能的高精度預(yù)測,而其預(yù)測精度在很大程度上取決于訓(xùn)練數(shù)據(jù)的質(zhì)量?！闭撐牡谝蛔髡摺⒖苿?chuàng)中心生物與分子智造研究院博士后胡建波說。高質(zhì)量的數(shù)據(jù)從哪里尋找?高純化學(xué)品智造團隊將目光投向了課題組在過往研究過程中廢棄的實驗數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)在別人眼中或許“一文不值”,但在團隊眼中卻是難得的寶貝,他們結(jié)合計算化學(xué)方法,經(jīng)過一番巧妙的“翻譯”,廢棄數(shù)據(jù)“搖身一變”就成了可以供計算機學(xué)習(xí)的高質(zhì)量數(shù)據(jù),并可以用來構(gòu)建機器學(xué)習(xí)預(yù)測模型,挖掘材料結(jié)構(gòu)與性質(zhì)間的關(guān)聯(lián)性。

除了“訓(xùn)練”,團隊還通過測試集對計算機的學(xué)習(xí)“成果”進行“考試”。結(jié)果表明,訓(xùn)練集和測試集的預(yù)測結(jié)果都與實驗數(shù)據(jù)吻合良好,這也說明所構(gòu)建的機器學(xué)習(xí)模型能夠捕獲特征描述符與吸附性能之間的相關(guān)性,且廢棄數(shù)據(jù)的引入可以顯著地提高機器學(xué)習(xí)預(yù)測精度。

基于機器學(xué)習(xí)所構(gòu)建的高精度AI模型,團隊首次實現(xiàn)了對陰離子柱撐超微孔材料乙炔、乙烯、二氧化碳實驗吸附性能的高精度預(yù)測,并成功合成出兩種兼具高選擇性和高吸附容量的吸附分離材料,未來有望取代傳統(tǒng)方式,在高純化學(xué)品分離技術(shù)上實現(xiàn)突破性變革,而這一成果也充分展示了AI技術(shù)強大的材料挖掘性能。

今年以來,高純化學(xué)品智造團隊碩果頻出,系列突破性研究成果先后發(fā)表在了Nat. Commun. (2篇)、Angew. Chem. Int. Ed. (1篇)等國際權(quán)威期刊上。未來,他們還希望依托浙大國際科創(chuàng)中心生物與分子智造研究院iChemFoundry自動化科學(xué)技術(shù)裝置,堅持用化工領(lǐng)域所積累的豐富知識和經(jīng)驗,扎實推進機器學(xué)習(xí)的充分利用,不斷攻克在交叉學(xué)科領(lǐng)域遇到的難題。