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Development of reverse design system for optimal membrane structure by JT-VAE machine learning

利用JT-VAE机器学习开发最佳膜结构逆向设计系统

基本信息

批准号：
22K04808
负责人：
高羽洋充
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kogakuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的は、広大な化合物空間から最適な膜構造をサンプリングできる、JT-VAE機械学習システムを構築することである。具体的には、混合ガス分離系に対して、最適な膜構造を測定データから創造できるシステムを構築する。本年度は、高分子膜系をターゲットとして、被分離対象としては、無機ガス（CH4, CO2, He, H2, N2）を対象とした機械学習を行った。従来のJunction Treeのアルゴリズムは低分子有機物を対象としたものであるため、高分子系にも適用できるようにモノマー分子に含まれれる重合点を考慮できるようにJunction Treeのアルゴリズムを改良した。生成ものな―の精度を検証し、重合点も含めて化学的に正しい構造が高確率で生成されることを確認した。これにより、1種類のモノマーを対象としたホモポリマー型の高分子分離膜の設計が可能となった。次に、膜透過データベースに関して文献調査を行った。調査の結果、データベースとして、アメリカのPolymer GenomesとAustralasia膜学会の高分子ガス透過データベースを採用することにした。これらをベースを利用してJT-VAEに基づく膜設計システムを学習させた。まず、高分子構造データベースを利用して20万以上のモノマー構造を学習させ、さらに膜透過データベースに含まれる各種無機ガスの透過データを学習させることで、JT-VAEの潜在空間パラメータと透過データとの回帰モデルを構築することに成功した。以上より、JT-VAEから生成された仮想的な高分子膜の透過性能を予測できるようになった。

The purpose of this study is to enlarge the space of compounds, optimize the membrane structure, and construct the JT-VAE mechanical learning system. The specific structure of the membrane is determined by the method of mixing and separating the membrane. This year, polymer membrane systems are separated from each other and inorganic substances (CH4, CO2, He, N2) are studied. The Junction Tree has been improved by considering the coincidence point of low molecular weight organic compounds and high molecular weight organic compounds The accuracy of generation is verified, and the coincidence point is confirmed by the high accuracy of generation. The design of polymer separation membranes is possible. A literature survey was conducted on the secondary and membrane transmission problems. The results of the investigation, the application of polymer Genomes and the application of Polymer Genomes in Australia membrane society This is the first time that we've used JT-VAE to design a film. More than 200,000 polymer structures have been successfully used in the study of membrane permeability, including various inorganic substances. The transmission properties of polymer films were predicted by the above methods.