Материалы информатики - Materials informatics
Материалы информатики это область исследования, которая применяет принципы информатика к материаловедение и инженерное дело для улучшения понимания, использования, отбор, разработка и открытие материалов. Это новая область с целью достижения высокоскоростного и надежного сбора, управления, анализа и распространения разнообразных данных о материалах с целью значительного сокращения времени и рисков, необходимых для разработки, производства и развертывания новых материалов. что обычно занимает более 20 лет.[1][2]
Эта область деятельности не ограничивается некоторыми традиционными представлениями о взаимосвязи между материалами и информацией. Некоторые более узкие интерпретации включают комбинаторная химия, Моделирование процессов, базы данных свойств материалов, управление данными о материалах и управление жизненным циклом продукта. Информатика материалов является соединением этих концепций, но также выходит за их пределы и имеет потенциал для достижения большего понимания и более глубокого понимания, применяя уроки, извлеченные из данных, собранных на одном типе материала, к другим. Собирая соответствующие мета data, значение каждой отдельной точки данных может быть значительно расширено.
Базы данных
Базы данных необходимы для любых исследований и приложений в области информатики. В материальной информатике существует множество баз данных, содержащих как эмпирические данные, полученные экспериментальным путем, так и теоретические данные, полученные расчетным путем. Большие данные, которые можно использовать для машинного обучения, особенно сложно получить для экспериментальных данных из-за отсутствия стандарта для представления данных и изменчивости экспериментальной среды. Этот недостаток больших данных привел к растущим усилиям по разработке методов машинного обучения, которые используют данные исключительно наборы данных. С другой стороны, существует большая единообразная база данных расчетов теоретической теории функционала плотности (DFT). Эти базы данных доказали свою полезность при скрининге и обнаружении материалов с высокой пропускной способностью. Некоторые распространенные базы данных DFT и инструменты с высокой пропускной способностью перечислены ниже:
- Базы данных: MaterialsProject.org, MaterialsWeb.org
- Программное обеспечение HT: Pymatgen, MPInterfaces
Помимо вычислительных методов?
К концепции материаловедческой информатики обращается Общество исследования материалов. Например, информатика материалов была темой декабрьского номера 2006 г. Бюллетень MRS. Редактировали выпуск Джон Роджерс из Innovative Materials, Inc. и Дэвид Себон из Кембриджский университет, который описал «высокую отдачу от разработки методологий, которые ускорят введение материалов, тем самым сэкономив миллионы долларов инвестиций».
Редакторы сосредоточились на ограниченном определении материальной информатики, поскольку в первую очередь сосредоточены на вычислительных методах обработки и интерпретации данных. Они заявили, что «специализированные инструменты информатики для сбора, управления, анализа и распространения данных» и «достижения в области вычислительной мощности в сочетании с компьютерным моделированием и имитацией и базами данных свойств материалов» сделают возможным такое ускоренное введение материалов.
Более широкое определение информатики материалов выходит за рамки использования вычислительных методов для проведения тех же экспериментов,[3] рассмотрение материалов в информатике как основы, в которой измерение или вычисление является одним из этапов процесса обучения, основанного на информации, который использует силу коллектива для достижения большей эффективности в исследованиях. При правильной организации эта структура пересекает границы материалов, чтобы раскрыть фундаментальные знания об основных физических, механических и технических свойствах.
Вызовы
Хотя многие верят в будущее информатики в процессе разработки и масштабирования материалов, многие проблемы остаются. Хилл и др. Пишут: «Сегодня сообщество материаловедов сталкивается с серьезными проблемами в реализации этой парадигмы исследования с ускорением данных, включая разнообразие областей исследований в материалах, отсутствие стандартов данных и отсутствие стимулов для совместного использования, среди прочего. , ландшафт быстро меняется, что должно принести пользу всему предприятию по исследованию материалов ".[4]Это остающееся противоречие между традиционными методологиями разработки материалов и использованием более вычислительных, машинного обучения и аналитических подходов, вероятно, будет существовать в течение некоторого времени, поскольку промышленность материалов преодолевает некоторые культурные барьеры, необходимые для полного принятия таких новых способов мышления.
Аналогия из биологии
Общие цели биоинформатики и системной биологии могут дать полезную аналогию. Эндрю Мюррей из Гарвардский университет выражает надежду, что такой подход «спасет нас от эпохи« одного аспиранта, одного гена, одного доктора наук ».[5] Точно так же цель информатики материалов - спасти нас от одного аспиранта, одного сплава, одного доктора наук. Такие цели потребуют более сложных стратегий и исследовательских парадигм, чем применение вычислительных методов к тем же задачам, которые в настоящее время решаются студентами.
Компании и организации
Организации, занимающиеся информатикой материалов, включают:
- Aionics, Inc - Частная компания
- Анзац AI - Частная компания
- Цитрин информатика - Частная компания
- Колорадская горная школа - Университет
- Exabyte.io - Частная компания
- Институт механики материалов им. Фраунгофера - Немецкий институт
- Государственный университет Айовы - Университет
- Кентский государственный университет - Университет
- Lumiant Corporation - Частная компания
- Маски А.И. - Частная компания
- НАСА Исследовательский центр Гленна - Национальная лаборатория США
- Университет штата Северная Каролина - Университет
- Национальная лаборатория Окриджа - Национальная лаборатория США
- Тихоокеанская Северо-Западная национальная лаборатория - Национальная лаборатория США
- Университет Пердью - Университет
- Бесчисленное множество - Частная компания
- Университет Буффало - Университет
- Университет Юты - Университет
Смотрите также
внешняя ссылка
- Сообщество ICME на MaterialsTechnology @ TMS
- Практикум "Материальная информатика: теория и применение" (Март 2007 г., выпуск JOM-e о М.И.)
- К. Раджан, Материальная информатика, Материалы сегодня, Том 8, Выпуск 10, октябрь 2005 г., страницы 38-45, ISSN 1369-7021, 10.1016 / S1369-7021 (05) 71123-8.
- Май 2016 г. Проблемы материалов APL по геному материалов / информатике материалов—П. Литтлвуд и К. Филлипс, Материалы APL, том 4, выпуск 5, май 2016 г.
Рекомендации
- ^ Малхолланд, Грегори; Парадизо, Шон (23 марта 2016 г.). «Перспектива: информатика материалов на протяжении всего жизненного цикла продукта: выбор, производство и сертификация». Материалы APL. 4 (5): 053207. Дои:10.1063/1.4945422.
- ^ Rickman, J.M .; Lookman, T .; Калинин, С.В. (15 апреля 2019 г.). «Материальная информатика: от атомарного уровня до континуума». Acta Materialia. 168: 473–510. Дои:10.1016 / j.actamat.2019.01.051.
- ^ "informaticsresearch.net". Архивировано из оригинал на 2007-04-29. Получено 2007-03-10.
- ^ Хилл, Джоанна; Малхолланд, Грегори; Перссон, Кристин; Сешадри, Рам; Волвертон, Крис; Мередиг, Брайс (4 мая 2016 г.). «Материаловедение с большими данными и информатика: открывая новые возможности». Бюллетень MRS. 41 (5): 399–409. Дои:10.1557 / mrs.2016.93.
- ^ http://www.100md.com/html/DirDu/2007/02/17/37/06/78.htm