教師無し深層学習による革新有機材料の自動探索

使用无监督深度学习自动探索创新有机材料

• 批准号: 21H02017
• 负责人: 畠山 歓
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology (2023)Waseda University (2021-2022)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02017/
• 关键词: マテリアルズ・インフォマティクス; 深層学習; ケモインフォマティクス; 有機材料; 機械学習; 機能性高分子; マテリアルズインフォマティクス; 有機機能材料

本研究の目的は、実験化学の立場から実践性の高いマテリアルズ・インフォマティクス(MI)の方法論を創出することである。MIの手法解明と有機機能性材料の合成・計測を両輪とし、明示的な教師データを必要としない深層学習モデルの構築、実験者の暗黙知を取り込んだ物性予測、量子コンピューティング技術を活用した候補分子の探索に対する有効なアプローチを解明する。これまでの研究では、教師有り・無し機械学習や量子アニーリング技術が機能性分子の設計に有効であることを明らかにした。そこで22年度は、分子構造以外の材料情報も機械学習・量子アニーリングのフレームワークに落とし込む基礎学理の整備に注力した。具体的には、実験操作手順(フローチャート)をデータ科学の領域に接続する実践的なアルゴリズムを構築した。これまでフローチャートのような非構造化データを構造化データに変換する適切なアルゴリズムが分かっていなかった。そこで分子Fingerprint、グラフニューラルネットワーク、自然言語系ニューラルネットワークなどの手法をベースに、精度高く構造化データへ変換するために必要な因子を明確化した。上記の研究成果に基づき、実験者にとって利便性の高いマテリアルズ・インフォマティクスの基礎学理を明らかにし、得られた結果を取りまとめ、学会発表を行った。これにより、実材料、機械学習、量子計算を繋ぐ手掛かりを見いだし、既存の材料開発法のパラダイム転換に資する基礎学理を提示した。

这项研究的目的是从实验化学的角度创建高度实用的材料信息学（MI）方法。两组在MI方法以及有机功能材料的合成和测量上进行了阐明，我们将阐明一种有效的方法来构建不需要明确的教师数据的深度学习模型，并通过量子计算技术来预测实验者的默默特性，并探索候选分子的含糊。先前的研究表明，有或没有教师和量子退火技术的机器学习有效地设计功能分子。因此，在2012年，我们专注于开发基本理论，这些理论将分子结构以外的其他物质信息纳入机器学习和量子退火的框架。具体而言，我们构建了一种实用算法，将实验操作程序（流程图）连接到数据科学领域。到目前为止，尚不知道将非结构化数据转换为结构化数据（例如流程图）的合适算法。因此，我们已经根据分子指纹，图形神经网络和自然语言神经网络等方法准确转化为结构化数据所需的因素。基于上述研究结果，材料信息学的基本理论对于实验者来说非常方便，并在会议上汇总了获得的结果并提出。这发现了将实际材料，机器学习和量子计算连接的线索，并提出了有助于现有材料开发方法范式转移的基本理论。

项目成果

教師無し機械学習と 量子アニーリング技術を用いた分子設計システム

使用无监督机器学习和量子退火技术的分子设计系统

• 发表时间: 2021
• 作者: 畠山 歓;梅木 桃花;足立 裕樹;柏川 貴弘;木村 浩一;小柳津 研一
• 通讯作者: 小柳津 研一

マテリアルズ・インフォマティクスを活用したポリフェニレンエ ーテル系固体電解質の製法・構造・物性の相関解明

利用材料信息学阐明聚苯醚固体电解质的制造方法、结构和物理性能之间的相关性

• 发表时间: 2022
• 作者: 畠山 歓;梅木 桃花;足立 裕樹;小柳津 研一
• 通讯作者: 小柳津 研一

Organic Solid-state Ionic conductors Consisting of Charge-transfer Complexes and Lithium Salts

由电荷转移配合物和锂盐组成的有机固态离子导体

• 发表时间: 2021
• 作者: 宮尾悠太;幸塚広光;嘉部量太;Kan Hatakeyama-Sato
• 通讯作者: Kan Hatakeyama-Sato

Accelerating Charge/Discharge of Lithium Iron Phosphate by Charge Mediation Reaction of Poly(dimethylfluoflavin-substituted norbornene)

通过聚二甲基氟黄素取代降冰片烯的电荷介导反应加速磷酸铁锂的充放电

• DOI: 10.1246/cl.220345
• 发表时间: 2022
• 期刊: Chemistry Letters
• 影响因子: 1.6
• 作者: Hatakeyama-Sato Kan;Go Choitsu;Kaseyama Takahiro;Yoshimoto Takuji;Oyaizu Kenichi
• 通讯作者: Oyaizu Kenichi

A PROXYL-Type Norbornene Polymer for High-Voltage Cathodes in Lithium Batteries

• DOI: 10.1002/marc.202100374
• 发表时间: 2021-08-07
• 期刊: MACROMOLECULAR RAPID COMMUNICATIONS
• 影响因子: 4.6
• 作者: Hatakeyama-Sato, Kan;Matsumoto, Satoshi;Oyaizu, Kenichi
• 通讯作者: Oyaizu, Kenichi