自动化模拟软件创建聚合物特性的世界地图

一个研究小组在npjComputationalMaterials上发表了他们创建聚合物特性综合数据库的方法，以及实验验证。

“材料信息学(MI)是材料研究的一个新分支，它将材料数据与数据科学相结合，正在获得关注，”共同通讯作者、信息与科学研究组织统计数学研究所助理教授YoshihiroHayashi说(投资回报率)。Hayashi还隶属于东京大学机械工程系。“MI应用机器学习从广阔的设计空间预测具有创新特性的新材料及其制造方法。因此，数据是MI中最重要的资源。”

Hayashi说，尽管需要，但创建聚合物特性综合数据库以支持数据驱动研究的努力还不够。

“为了通过分子模拟构建聚合物特性数据库，我们开发了RadonPy，”Hayashi说。“这是第一个使用基于原子模型的经典分子动力学模拟成功自动化聚合物物理特性计算的开源软件——它解释了单个成分的行为和特征。”

该程序采用指定的聚合物并运行计算以在规定的系统参数下平衡它。一旦完成，它就可以计算聚合物的密度、回转半径、折射率、热导率、恒定压力和恒定体积下的比热容，以及其他信息。RadonPy生成并存储数据，以后可以访问这些数据。研究人员还实施了一种称为迁移学习的机器学习技术，以纠正模拟属性值和实验数据之间的偏差和变化。

“在这项研究中，主要使用超级计算机Fugaku在大约两个月内计算了1,000多种独特的无定形聚合物，”共同通讯作者、国家材料科学研究所ROIS统计数学研究所教授RyoYoshida说。材料数据和集成系统服务部和研究生院统计科学系。

“该程序针对15种不同的性质实现了一套自动计算功能，并与实验数据进行了系统的比较，以验证计算条件。我们还全面验证了高通量分子动力学计算得到的6种性质与实验值之间的一致性。”

据吉田说，研究小组还确定了八种具有高导电性的无定形聚合物。现在，该小组正在使用RadonPy创建世界上最大的聚合物物理开放数据库，其中包含超过100,000种不同的聚合物种类。除了ROIS之外，三所大学和19家公司正在与RadonPy合作，共同开发其他数据库，用于学术界和工业界的各种应用。

“这个项目将创建聚合物材料特性的世界地图，”Hayashi说。“这种详尽的观察不能仅通过需要大量成本的实验方法来实现，例如在材料合成中。这项研究是迈向高分子科学新视野的第一步。”