Une équipe de recherche a publié sa méthode pour créer une base de données complète des propriétés des polymères, ainsi que la validation expérimentale, dans npj Matériaux informatiques.
« L’informatique des matériaux (IM), une nouvelle branche de la recherche sur les matériaux qui combine les données sur les matériaux avec la science des données, gagne du terrain », a déclaré l’auteur co-correspondant Yoshihiro Hayashi, professeur adjoint à l’Institut de mathématiques statistiques de l’Organisation de recherche sur l’information et la science ( ROIS). Hayashi est également affilié au Département de génie mécanique de l’Université de Tokyo. « MI applique l’apprentissage automatique pour prédire de nouveaux matériaux aux propriétés innovantes et leurs méthodes de fabrication à partir d’un vaste espace de conception. En tant que telles, les données sont la ressource la plus importante de MI. »
Malgré le besoin, a déclaré Hayashi, les efforts pour créer une base de données complète des propriétés des polymères pour permettre une recherche basée sur les données ont échoué.
« Pour construire une base de données des propriétés des polymères par des simulations moléculaires, nous avons développé RadonPy », a déclaré Hayashi. « C’est le premier logiciel open source qui automatise avec succès les calculs des propriétés physiques des polymères à l’aide de simulations de dynamique moléculaire classique basées sur des modèles atomistiques, qui tiennent compte des comportements et des caractéristiques des constituants individuels. »
Le programme prend un polymère attribué et exécute des calculs pour l’équilibrer dans les paramètres système prescrits. Une fois qu’il le fait, il peut alors calculer la densité du polymère, le rayon de giration, l’indice de réfraction, la conductivité thermique, les capacités thermiques spécifiques à pression constante et à volume constant, entre autres informations. RadonPy produit et stocke les données, qui peuvent ensuite être consultées ultérieurement. Les chercheurs ont également mis en œuvre une technique d’apprentissage automatique appelée apprentissage par transfert pour corriger les biais et les variations entre les valeurs de propriétés simulées et les données expérimentales.
« Dans cette étude, plus de 1 000 polymères amorphes uniques ont été calculés en environ deux mois, principalement à l’aide du supercalculateur Fugaku », a déclaré l’auteur co-correspondant Ryo Yoshida, professeur à l’Institut de mathématiques statistiques du ROIS, le National Institute for Materials Science’s Research and Division des services des données sur les matériaux et du système intégré et Département des sciences statistiques de l’Université des hautes études supérieures.
« Le programme met en œuvre un ensemble de fonctions de calcul automatique pour 15 propriétés différentes, qui ont été systématiquement comparées à des données expérimentales pour valider les conditions de calcul. Nous avons également vérifié de manière exhaustive l’accord entre six propriétés obtenues à partir de calculs de dynamique moléculaire à haut débit et de valeurs expérimentales. »
L’équipe de recherche a également identifié huit polymères amorphes à haute conductivité, selon Yoshida. Aujourd’hui, le groupe utilise RadonPy pour créer la plus grande base de données ouverte au monde sur la physique des polymères, avec plus de 100 000 espèces de polymères différentes. En plus de ROIS, trois universités et 19 entreprises s’associent pour développer conjointement d’autres bases de données avec RadonPy pour une variété d’applications dans les universités et l’industrie.
« Ce projet créera une carte mondiale des propriétés des matériaux polymères », a déclaré Hayashi. « De telles observations exhaustives ne peuvent être réalisées uniquement via des approches expérimentales nécessitant des coûts considérables, comme dans la synthèse des matériaux. Cette recherche est le premier pas vers un nouvel horizon de la science des polymères. »
Plus d’information:
Yoshihiro Hayashi et al, RadonPy : calcul automatisé des propriétés physiques à l’aide de simulations de dynamique moléculaire classique de tous les atomes pour l’informatique des polymères, npj Matériaux informatiques (2022). DOI : 10.1038/s41524-022-00906-4
Fourni par Organisation de recherche sur l’information et les systèmes