ИИ ускоряет прогнозирование тепловых свойств материалов
Подсчитано, что около 70% энергии, вырабатываемой во всем мире, превращается в отработанное тепло. Если бы ученые могли лучше предсказать, как тепло проходит через полупроводники и изоляторы, они могли бы разработать более эффективные системы выработки электроэнергии. Однако тепловые свойства материалов могут быть чрезвычайно сложными для моделирования.
Проблема возникает из-за фононов, которые представляют собой субатомные частицы, переносящие тепло. Некоторые тепловые свойства материала зависят от измерения, называемого коэффициентом дисперсии фононов, которое может быть невероятно трудно получить, не говоря уже об использовании при проектировании системы.
Команда исследователей из Массачусетского технологического института и других организаций решила эту проблему, переосмыслив ее с нуля. Результатом их работы стала новая система машинного обучения, которая может предсказывать дисперсионные соотношения фононов в 1000 раз быстрее, чем другие методы, основанные на искусственном интеллекте, с сопоставимой или даже лучшей точностью. По сравнению с более традиционными подходами, не основанными на искусственном интеллекте, это может быть в 1 миллион раз быстрее.
Этот метод может помочь инженерам разрабатывать системы производства энергии, которые будут производить больше энергии и более эффективно. Его также можно использовать для разработки более эффективной микроэлектроники, поскольку управление тепловыделением остается основным препятствием на пути ускорения работы электроники.
"Фононы являются причиной тепловых потерь, однако получение их свойств, как известно, является сложной задачей как с точки зрения вычислений, так и экспериментально", - говорит Мингда Ли, доцент кафедры ядерных наук и инженерии и старший автор статьи, посвященной этому методу.
К Ли присоединились соавторы статьи - Ритаро Окабе, аспирант химического факультета; и Абхиджатмедхи Чотраттанапитук, аспирант кафедры электротехники и компьютерных наук; Томми Яаккола, профессор электротехники и компьютерных наук Томаса Сибеля в Массачусетском технологическом институте; а также другие сотрудники Массачусетского технологического института, Аргоннской национальной лаборатории, Гарварда Университет, Университет Южной Каролины, Университет Эмори, Калифорнийский университет в Санта-Барбаре и Национальная лаборатория Ок-Риджа.
Исследование опубликовано в журнале Nature Computational Science.
Предсказание фононов
Теплоносящие фононы сложно предсказать, поскольку они имеют чрезвычайно широкий диапазон частот, а частицы взаимодействуют и движутся с разной скоростью.
Коэффициент дисперсии фононов в материале - это соотношение между энергией и импульсом фононов в его кристаллической структуре. В течение многих лет исследователи пытались предсказать дисперсионные соотношения фононов с помощью машинного обучения, но требуется так много высокоточных вычислений, что модели запутываются.
"Если у вас есть 100 процессоров и несколько недель, вы, вероятно, сможете рассчитать коэффициент рассеяния фононов для одного материала. Все сообщество действительно хочет найти более эффективный способ сделать это", - говорит Окабе.
Модели машинного обучения, которые ученые часто используют для этих вычислений, известны как графовые нейронные сети (GNN). GNN преобразует атомную структуру материала в кристаллический граф, состоящий из множества узлов, представляющих атомы, соединенных ребрами, которые представляют межатомные связи между атомами.
Хотя GNNS хорошо подходят для расчета многих величин, таких как намагниченность или электрическая поляризация, они недостаточно гибки, чтобы эффективно предсказывать чрезвычайно крупномасштабные величины, такие как соотношение дисперсии фононов. Поскольку фононы могут перемещаться вокруг атомов по осям X, Y и Z, их импульсное пространство трудно смоделировать с помощью фиксированной графической структуры.
Чтобы добиться необходимой гибкости, Ли и его коллеги разработали виртуальные узлы.
Они создают так называемую нейронную сеть с графом виртуальных узлов (VGNN), добавляя ряд гибких виртуальных узлов к фиксированной кристаллической структуре для представления фононов. Виртуальные узлы позволяют нейронной сети изменять размер выходных данных, поэтому они не ограничены фиксированной кристаллической структурой.
Виртуальные узлы подключены к графу таким образом, что они могут получать сообщения только от реальных узлов. Хотя виртуальные узлы будут обновляться по мере того, как модель обновляет реальные узлы во время вычислений, они не влияют на точность модели.
"Способ, которым мы это делаем, очень эффективен при кодировании. Вы просто создаете еще несколько узлов в своем GNN. Физическое местоположение не имеет значения, и реальные узлы даже не знают о существовании виртуальных узлов", - говорит Чотраттанапитук.
Это позволяет избежать сложностей
Поскольку в нем есть виртуальные узлы для представления фононов, VGNN может пропускать многие сложные вычисления при оценке дисперсионных соотношений фононов, что делает этот метод более эффективным, чем стандартный GNN.
Исследователи предложили три различных варианта VGNNS с возрастающей сложностью. Каждый из них может быть использован для прогнозирования фононов непосредственно по атомным координатам материала.
Поскольку их подход позволяет быстро моделировать многомерные свойства, они могут использовать его для оценки дисперсионных соотношений фононов в системах сплавов. Эти сложные комбинации металлов и неметаллов особенно сложны для традиционных подходов к моделированию.
Исследователи также обнаружили, что VGNNs обеспечивает несколько большую точность при прогнозировании теплоемкости материала. В некоторых случаях ошибки прогнозирования были на два порядка ниже при использовании этого метода.
Ли говорит, что VGNN можно использовать для расчета коэффициентов дисперсии фононов для нескольких тысяч материалов всего за несколько секунд с помощью персонального компьютера.
Такая эффективность может позволить ученым исследовать большее пространство при поиске материалов с определенными тепловыми свойствами, такими как превосходное сохранение тепла, преобразование энергии или сверхпроводимость.
Более того, метод виртуальных узлов применим не только к фононам и может также использоваться для прогнозирования сложных оптических и магнитных свойств.
В будущем исследователи хотят усовершенствовать этот метод, чтобы виртуальные узлы обладали большей чувствительностью к обнаружению небольших изменений, которые могут повлиять на структуру фононов.
"Исследователям стало слишком удобно использовать графические узлы для представления атомов, но мы можем переосмыслить это. Графические узлы могут быть любыми. А виртуальные узлы - это очень общий подход, который можно использовать для предсказания множества многомерных величин", - говорит Ли.
"Инновационный подход авторов значительно расширяет описание твердых тел нейронной сетью graph за счет включения ключевых элементов, основанных на физике, через виртуальные узлы, например, для создания зонных структур, зависящих от волнового вектора, и динамических матриц", - говорит Оливье Делер, доцент кафедры машиностроения и материаловедения университета Томаса Лорда. Университет Дьюка, который не принимал участия в этой работе.
"Я нахожу, что уровень ускорения при прогнозировании сложных свойств фононов поразителен, на несколько порядков быстрее, чем при использовании современных универсальных систем машинного обучения на межатомном уровне. Впечатляет, что усовершенствованная нейронная сеть улавливает мельчайшие особенности и подчиняется физическим правилам.
"Существует большой потенциал для расширения модели для описания других важных свойств материала: на ум приходят электронные, оптические и магнитные спектры и зонные структуры".
Источник
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
Меню
Архив материалов
Проекты наших читателей
Контакты исследователей
Подписка на новости
Проекты
Новости криптозоологии
Хроники природных катастроф
Новости
26.02.2002 - 05.07.2002
05.08.2002 - 23.10.2002 (562)
24.10.2002 - 17.01.2003 (585)
20.01.2003 - 07.04.2003 (709)
08.04.2003 - 01.08.2003 (709)
04.08.2003 - 18.11.2003 (763)
19.11.2003 - 31.03.2004 (721)
01.04.2004 - 13.08.2004 (825)
16.08.2004 - 22.11.2004 (782)
23.11.2004 - 28.03.2005 (756)
29.03.2005 - 29.07.2005 (807)
30.08.2005 - 02.12.2005 (927)
05.12.2005 - 21.04.2006 (912)
24.04.2006 - 23.10.2006 (999)
24.10.2006 - 03.05.2007 (999)
04.05.2007 - 28.01.2008 (999)
29.01.2008 - 12.01.2009 (999)
13.01.2009 - 07.07.2009 (966)
22.08.2009 - 21.01.2010 (996)
22.01.2010 - 22.06.2010 (1000)
23.06.2010 - 14.01.2011 (1042)
17.01.2011 - 31.05.2011 (1008)
01.06.2011 - 03.11.2011 (1003)
07.11.2011 - 16.03.2012 (996)
19.03.2012 - 09.06.2012 (1009)
13.06.2012 - 07.09.2012 (988)
10.09.2012 - 19.11.2012 (1004)
20.11.2012 - 14.01.2013 (1015)
15.01.2013 - 22.02.2013 (1000)
23.02.2013 - 08.04.2013 (991)
09.04.2013 - 31.05.2013 (1015)
01.06.2013 - 18.07.2013 (992)
19.07.2013 - 03.09.2013 (1014)
04.09.2013 - 20.10.2013 (1001)
21.10.2013 - 02.12.2013 (1001)
03.12.2013 - 18.01.2014 (997)
19.01.2014 - 07.03.2014 (994)
08.03.2014 - 24.04.2014 (1000)
25.04.2014 - 18.06.2014 (1005)
19.06.2014 - 15.08.2014 (1019)
16.08.2014 - 07.10.2014 (1006)
08.10.2014 - 16.11.2014 (995)
17.11.2014 - 25.12.2014 (1004)
26.12.2014 - 09.02.2015 (989)
10.02.2015 - 20.03.2015 (998)
21.03.2015 - 22.04.2015 (1001)
23.04.2015 - 29.05.2015 (997)
29.05.2015 - 30.06.2015 (995)
30.06.2015 - 29.07.2015 (990)
29.07.2015 - 26.08.2015 (998)
27.08.2015 - 24.09.2015 (988)
25.09.2015 - 22.10.2015 (991)
23.10.2015 - 18.11.2015 (1000)
18.11.2015 - 16.12.2015 (990)
17.12.2015 - 23.01.2016 (1000)
24.01.2016 - 25.02.2016 (1000)
26.02.2016 - 24.03.2016 (1000)
24.03.2016 - 16.04.2016 (990)
17.04.2016 - 19.05.2016 (999)
20.05.2016 - 22.06.2016 (993)
23.06.2016 - 01.08.2016 (995)
02.08.2016 - 12.09.2016 (990)
13.09.2016 - 25.10.2016 (989)
26.10.2016 - 05.12.2016 (995)
06.12.2016 - 15.01.2017 (995)
16.01.2017 - 23.02.2017 (990)
24.02.2017 - 03.04.2017 (994)
04.04.2017 - 18.05.2017 (1000)
19.05.2017 - 05.07.2017 (1000)
06.07.2017 - 24.08.2017 (1000)
25.08.2017 - 06.10.2017 (991)
07.10.2017 - 15.11.2017 (990)
16.11.2017 - 24.12.2017 (1000)
25.12.2017 - 04.02.2018 (990)
05.02.2018 - 17.03.2018 (1000)
18.03.2018 - 02.05.2018 (990)
03.05.2018 - 11.06.2018 (1000)
12.06.2018 - 18.07.2018 (990)
19.07.2018 - 24.08.2018 (1000)
25.08.2018 - 02.10.2018 (1000)
03.10.2018 - 07.11.2018 (990)
08.11.2018 - 13.12.2018 (990)
14.12.2018 - 23.01.2019 (1000)
24.01.2019 - 02.03.2019 (1000)
03.03.2019 - 12.04.2019 (1010)
13.04.2019 - 23.05.2019 (990)
24.05.2019 - 03.07.2019 (1000)
04.07.2019 - 11.08.2019 (1000)
12.08.2019 - 16.09.2019 (990)
17.09.2019 - 26.10.2019 (1000)
27.10.2019 - 12.12.2019 (1000)
13.12.2019 - 25.01.2020 (1000)
26.01.2020 - 06.03.2020 (990)
07.03.2020 - 16.04.2020 (1010)
17.04.2020 - 19.05.2020 (1000)
20.05.2020 - 25.06.2020 (990)
26.06.2020 - 04.08.2020 (995)
05.08.2020 - 16.09.2020 (1005)
17.09.2020 - 26.10.2020 (990)
27.10.2020 - 27.11.2020 (990)
28.11.2020 - 07.01.2021 (990)
08.01.2021 - 15.02.2021 (1000)
16.02.2021 - 31.03.2021 (1000)
01.04.2021 - 12.05.2021 (1000)
13.05.2021 - 14.06.2021 (990)
15.06.2021 - 26.07.2021 (980)
27.07.2021 - 31.08.2021 (990)
01.09.2021 - 07.10.2021 (1000)
08.09.2021 - 07.11.2021 (1000)
08.11.2021 - 10.12.2021 (1000)
11.12.2021 - 24.01.2022 (990)
25.01.2022 - 04.03.2022 (1000)
05.03.2022 - 10.04.2022 (990)
11.04.2022 - 17.05.2022 (1000)
18.05.2022 - 23.06.2022 (980)
24.06.2022 - 31.07.2022 (990)
01.08.2022 - 13.09.2022 (990)
14.09.2022 - 21.10.2022 (990)
22.10.2022 - 29.11.2022 (1000)
30.11.2022 - 22.01.2023 (1000)
23.01.2023 - 02.03.2023 (990)
03.03.2023 - 21.04.2023 (1000)
22.04.2023 - 13.06.2023 (990)
14.06.2023 - 02.08.2023 (1000)
03.08.2023 - 21.09.2023 (1000)
22.09.2023 - 06.11.2023 (990)
07.11.2023 - 24.12.2023 (990)
25.12.2023 - 18.02.2024 (1000)
19.02.2024 - 05.04.2024 (990)
06.04.2024 - 25.05.2024 (1000)
26.05.2024 - 26.07.2024 (1000)
26.07.2024 - 25.08.2024 (990)
26.08.2024 - 28.09.2024 (980)
29.09.2024 - 01.11.2024 (1000)
02.11.2024 - 02.12.2024 (980)
03.12.2024 - 08.01.2025 (990)
09.01.2025 - 09.02.2025 (1000)
10.02.2025 - 20.03.2025 (1000)
21.03.2025 - 03.05.2025 (990)
04.05.2025 - ...
Статьи
Статьи: раздел 1 (1024)
Статьи: раздел 2 (1006)
Статьи: раздел 3 (1000)
Статьи: раздел 4 (1044)
Статьи: раздел 5 (1001)
Статьи: раздел 6 (1000)
Статьи: раздел 7 (1000)
Статьи: раздел 8 (1013)
Статьи: раздел 9 (1000)
Статьи: раздел 10 (1000)
Статьи: раздел 11 (329)
Статьи: раздел 12 (1000)
Статьи: раздел 13 (730)
Лента новостей

Анализ и присвоение названия новому метеориту

Встреча с зелеными человечками в Кентукки

Зафиксировали самый удаленный быстрый радиовсплеск

Зонд Люси мог бы посетить еще один астероид

ИИ научился быть злым без чьих-либо указаний

Кинолог запечатлел очень быстрый НЛО

Метеорит пробил дыру в крыше дома в Джорджии

Мужчина, выгуливая свою собаку, запечатлел НЛО

На экзолунах у Альфа Центавра может быть жизнь

Планеты, на которых нет воды, могут производить жидкости

Появление новой статуи на острове Пасхи

Пропавший самолет Амелии Эрхарт найден

Пугающая информация о таинственном межзвездном объекте

Расы инопланетян, о которых известно властям США

Сфера Дайсона поможет воскрешать мертвых

Сходство между околосмертными переживаниями и наркотиками

Туринская плащаница. Это кто-то другой, а не Иисус

Физический варп-двигатель возможен

Черный куб замечен над базой ВВС Райт-Паттерсон

Шокирующее открытие после падения метеорита в Джорджии

База инопланетян в кратере Лаут на Марсе

Видел ли Дональд Трамп НЛО

Древние постройки обнаружили на Меркурии

Завод по производству лунного кирпича

Загадочная комета, прилетевшая из другой системы

НАСА изучает загадочную межзвездную комету

Научились превращать ртуть в золото

НЛО заметили над штатом Нью-Джерси

НЛО наблюдает за семьей в Индии

НЛО оставляет дымный след над Невадой

Обнаружена самая массивная черная дыра

Обнаружены первые звезды Вселенной

Существуют четыре различных вида инопланетян

США используют технологии инопланетян

Таинственный гигант, скрывающийся за черными дырами

Три фигуры появляются на Солнце

Удивительный полет к черной дыре

Федеральный советник по науке призывает изучать НЛО

Экзопланета у ближайшей солнцеподобной звезды

Экзотические вихри на картине 'Звездная ночь'

Гигантский пузырь звезды-сверхгиганта удивляет

Когда марсианский грунт распадется на части

Космическая гонка касается не только крупных стран

Криптотерриториальная гипотеза

Литологические особенности ландшафта Марса

Молодая звезда начинает взрываться

НАСА спешит разместить ядерные реакторы на Луне и Марсе

НАСА ускоренно разрабатывает лунный реактор

Недавние вулканические и термальные изменения на Марсе

Поиск жизни на Марсе был явной целью астросообщества

Почему кабинет Трампа дает разные ответы о НЛО

С помощью ChatGPT пишется все больше научных статей

Самая ранняя черная дыра во Вселенной

Свидетельства о кровавом ритуале на Туринской плащанице

Столкновение облаков приводит к вездообразованию

Тайна Бермудского треугольника раскрыта

Тайны космического винограда

Тайны протопланетных дисков

Что нужно знать о Лох-Несском чудовище

Шестеро преемников могли бы исследовать Марс

Бесконечная зима в Европе все ближе

Библейские руины - ключ к тайне Ковчега завета

Библейское море становится кроваво-красным

Власти США знают о четырех расах инопланетян

Изображение Плащаницы сделано со скульптуры

Конгрессмен рассказал об инопланетянах

Миру следует разработать политику в области НЛО

На Марсе нашли совершенно новый минерал

Наблюдение за НЛО в Уилтшире

Новые подсказки в поисках Восьмого чуда

Обнаружена экзопланета в обитаемой зоне Альфы Центавра

Популярные места для наблюдения НЛО в США

Страх охватил деревни в Австралии из-за НЛО

Существо в реке Хан в Сеуле стало вирусным

Тайна Атлантиды становится все более загадочной

Тайна человеческого сердца Леонардо да Винчи

Тулси Габбард возрождает теорию заговора о НЛО

Ученые предсказывают Конец света

Центр изучения НЛО открывает набор учителей

Что означает интерес Джей Ди Вэнса к НЛО

Безумный план посетить черную дыру

Загадочные временные явления в тени Земли

Загадочный межзвездный обьект - инопланетный корабль

Закрыли изучавший телепортацию институт МГУ

Заметили облако в форме рестлера Халка Хогана

Затонувший город расскажет о Ноевом ковчеге

Межзвездная экспедиция к черной дыре

Межзвездный объект имеет разумный дизайн

Мрачное предупреждением о 15 годах антиутопии

НЛО сняли в холмах Малверн

Новое открытие в Туринской плащаницы

Новый вид физики, не виданный ранее

Новый окрас кошек противоречит генетическим ожиданиям

Пилот уверен, что нашел самолет Амелии Эрхарт

Признаки древней жизни на Красной планете

Самое странное кольцо Сатурна

Суперинтеллект роботов может привести к Апокалипсису

Существуют другие видео маневров НЛО у Нимица

Сфера Буга - часть скрытой планетарной сети

Таинственные шары требуют научного изучения

Мраморные памятники фото и цена

Автомобилист принял телескоп за НЛО

Великая пирамида на тысячелетия старше фараонов

Вера в возможность существования внеземной жизни

Давайте сохраним Луну

Директор национальной разведки рассказала о НЛО

Доказательство приземления НЛО тысячи лет назад

ИИ ChatGPT превратили в похитителя данных

ИИ вскоре получит контроль над ядерным оружием

Инопланетный зонд нужно изучить

Инопланетяне живут рядом с нами

Направляясь к системе Проксимы Центавра

Огромный подводный город недалеко от Ноева ковчега

Орбита - игровая площадка для миллиардеров

Планеты-изгои могут образовывать планетные системы

Познакомьтесь с черными дырами среднего размера

Путешествие к экзопланете может занять 250 лет

Суперсталь выведет термоядерный синтез на новый уровень

Там могут быть инопланетяне

Теории о происхождении темной материи

Футуристический корабль для полета к звездам

Безумная теория астрофизика

Бесследное исчезновение самолета у Австралии

Взгляните на индонезийский фестиваль НЛО

Все люди могут быть пришельцами с Марса

Деревушка в Шотландии - столица НЛО Великобритании

Зеленый НЛО, похожий на кальмара, над Далласом

Кто первым построит ядерный реактор на Луне

Люди развили две ноги не для того, чтобы бегать

Металлический шар над вулканом в Мексике

Мужчина установил связь с умершим сыном

Нечто в доме приставало по ночам к девочкам

НЛО оказался зеркалом телескопа

НЛО потерпел крушение у Стокгольма

Стоит ли бояться приближающейся кометы

Странное лицо на горе в Чили

Страшное предупреждение Хокинга об НЛО

Таинственный межзвездный объект неестественен

Уфологи пытаются реформировать Великобританию

Хокинг нас предупреждал

Хронология Великой пирамиды не верна

Перепланировка нежилого помещения. Законность и порядок действий

Библейское предупреждение о конце света

Вращение Земли таинственным образом ускорилось

Загадочное лицо на вершине горы в Чили

ИИ самостоятельно обнаружил уязвимости в ПО

Конгрессмена проинформировали об инопланетянах

Консультация, данная разоблачителю Дэвиду Грушу

Криптозоолог занялся политикой

Лох-Несское чудовище выглядит иначе

НЛО вызвали переполох в Индии

Отпечаток пальца библейского персонажа

Повернуть время вспять и стереть ошибки

Провал ключевой для колонизации Луны миссии

Связь между депрессией и датой рождения

США намерены оккупировать Луну

Теория о подозрительной активности в космосе

Трюк с квантовой запутанностью

Уфолог ушел в политику

Уфологи обнаружили базу инопланетян

Фильм 'Пришельцы в Америке - дело Паскагулы'

Экзопланеты подсказали размер и состав Планеты Х

Aвcтpaлийcкaя aнoмaльнaя зoнa нaпoминaeт o ceбe

Будущее астрономии на Луне

Вирусное видео с НЛО над Далласом

Вице-президент США хочет исследовать феномен НЛО

Внутри человека скрывается новая форма жизни

Джей Ди Вэнс рассказал о тайне НЛО

Инопланетян заметили над Далласом

Истинное предназначение Туринской плащаницы

Как напрямую обнаружить темную материю

Когда пространство становится временем

Нейтрино и темная материя

Обнаружение Земли-2 имеет решающее значение

Предупреждение Хокинга об инопланетянах и НЛО

Приземление зонда инопланетян на Земле назвали бредом

Туринская плащаница не была положена на Иисуса

Туринская плащаница соответствует барельефу статуи

Человечество скоро достигнет своего пика

Что происходит непосредственно перед ударом молнии

Эволюция древних библейских рукописей

Я заночевала в призрачном пабе Уэльса

Помощь при запое. Как работает детоксикация организма

Американская общественность узнает об НЛО

Вице-президент США Джей Ди Вэнс одержим НЛО

Власти США очарованы неопознанными летающими объектами

Наверх
Яндекс.Метрика