能源技術(shù)，醫(yī)療保健，半導(dǎo)體和食品生產(chǎn)方面的進(jìn)步都有一個(gè)共同點(diǎn)：它們依靠開(kāi)發(fā)具有特殊性質(zhì)的新材料(原子的新組合)來(lái)執(zhí)行所需的功能。在不太遙遠(yuǎn)的過(guò)去，知道材料具有什么特性的唯一方法是通過(guò)執(zhí)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量或使用非常昂貴的計(jì)算。

最近，科學(xué)家一直在使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法來(lái)快速預(yù)測(cè)原子的某些排列所具有的特性。這種方法的挑戰(zhàn)在于，它需要大量高度準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練模型，而這種數(shù)據(jù)通常不存在。

通過(guò)將大量的低保真數(shù)據(jù)與少量的高保真數(shù)據(jù)相結(jié)合，圣地亞哥加州大學(xué)材料虛擬實(shí)驗(yàn)室的納米工程師開(kāi)發(fā)了一種新的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，可以比現(xiàn)有模型更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)材料的特性。至關(guān)重要的是，他們的方法也是第一個(gè)預(yù)測(cè)無(wú)序材料性質(zhì)的方法，這些無(wú)序材料的原子位點(diǎn)可能被多個(gè)元素占據(jù)或處于空位狀態(tài)。他們?cè)?月14日的《自然計(jì)算科學(xué)》中詳細(xì)介紹了其多保真度圖網(wǎng)絡(luò)方法。

加州大學(xué)圣地亞哥分校的納米工程教授Shyue Ping Ong說(shuō)：“在設(shè)計(jì)新材料時(shí)，您想知道的關(guān)鍵一件事是該材料是否可能穩(wěn)定，以及它具有什么樣的性能。” Diego Jacobs工程學(xué)院和該論文的通訊作者。“根本的問(wèn)題是，即使我們擁有計(jì)算性能較差的大型數(shù)據(jù)庫(kù)，也很難獲得有價(jià)值的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)(例如實(shí)驗(yàn)測(cè)量值)。在這里，我們?cè)噲D同時(shí)兼顧兩者之間的優(yōu)勢(shì)-保真度數(shù)據(jù)和較小的高保真度數(shù)據(jù)，以提高模型在高價(jià)值預(yù)測(cè)中的準(zhǔn)確性。”

盡管存在其他多保真度方法，但是這些方法無(wú)法很好地?cái)U(kuò)展或僅限于兩個(gè)數(shù)據(jù)保真度。它們不像這種新的多保真度圖形網(wǎng)絡(luò)方法那樣準(zhǔn)確或動(dòng)態(tài)，該方法可以使用無(wú)限數(shù)量的數(shù)據(jù)保真度，并且可以非常迅速地?cái)U(kuò)展。

在本文中，納米工程師特別關(guān)注了材料的帶隙(一種用于確定電導(dǎo)率，材料的顏色，太陽(yáng)能電池效率等的特性)作為概念驗(yàn)證。與傳統(tǒng)的單保真度方法相比，他們的多保真度圖網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)帶隙預(yù)測(cè)的平均絕對(duì)誤差降低了22-45%。研究人員還表明，他們的方法還可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)高保真分子能量。