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
Отправить донат на поддержку проекта "Аномальные новости"
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

Британская Зона 51 хранит секреты инопланетян

Восьмиконечный НЛО был ангелом с крыльями

ИИ-помощник устроил настоящий кошмар

История Вселенной может быть переписана

Кракены эпохи динозавров

Мифы о полой Земле и нацистских НЛО

НЛО на Луне поддаются объяснению

НЛО нацелены на ядерные объекты

НЛО призваны раскрыть наши скрытые силы

Обнаружены минимум четыре инопланетных вида

От богомолов до рептилоидов

Пришельцы на крыше школы в Анлаби

Психоз, вызванный ИИ

Раскрыты секретные файлы Базза Олдрина об НЛО

Сын президента Байдена высказался о НЛО

Тайна скрытого храма под Сфинксом

Трамп публикует загадочные изображения

Тысячи подводных НЛО роятся вдоль побережья США

Ужасающие послания из космоса

Файлы об НЛО являются спусковым механизмом

Австрийский космонавт хотел бы увидеть инопланетян

Военным известно о четырех видах инопланетян

Документы об НЛО опубликованы в сети

Загадочный НЛО замечен над Ормузским проливом

Инопланетяне в земном обличье

Инопланетяне совершенней нас

Конгрессмен требует от частного подрядчика записи НЛО

Летчик раскрыл тайну рассекреченных файлов США об НЛО

Маск, очевидно, мы живем в симуляции

Новые механизмы торможения миграции планет

Обама отвергает теории заговора об НЛО

Полная история Кыштымского карлика Алешеньки

Правда об НЛО над Донкастером

Самые громкие сенсации из архивов ФБР по НЛО

Странные наблюдения в небе Джорджии

Странные наблюдения в небе Мэриленда

США обнаружили останки различных инопланетных видов

Телеканал пригласил уролога вместо уфолога

Христианские лидеры призывают к осторожности

Я остановилась в отеле из фильма Сияние

Аппараты ультразвуковой терапии помогают спортсменам быстрее восстанавливаться после интенсивных нагрузок

Астронавты напуганы таинственными НЛО

Бигфут пробирается через лес, оставляя свидетелей в ужасе

Великая пирамида Египта - планетарный маяк

Военный видел мифического зверя в Огайо

Восемь леденящих душу видеозаписей об НЛО

Встреча криптозоолога с девятифутовыми чудовищами

Данные Трампа о неопознанных аномальных явлениях

Женщину поцарапал демонический дух ребенка

Загадочные яркие огни и шары

Инопланетяне считают нас низшей формой жизни

Информация об НЛО от частного подрядчика

Конгресс заблокировал доступ к НЛО

Конспирологи не довольны данными об НЛО

Наблюдения НЛО вызвали череду загадочных смертей

Найдены отпечатки огромных лап бигфута

Новый фильм об НЛО вызвал бурную реакцию

Отец пропавшей ученой обвиняет ЦРУ

Очевидец видел инопланетян в скафандрах

Пасторы показали изображения полупрозрачных существ

Проповедникам рекомендовано подготовиться к НЛО

Разбитая машина пропавшего ученого

Ромбовидный НЛО был снят американскими военными

Самые громкие сенсации в файлах ФБР об НЛО

Сообщения о наблюдениях инопланетян вызывают сомнения

Тайная правительственная группа скрывала правду

У живого Нострадамуса есть предсказание

У нацистов была секретная программа создания НЛО

Ужасающие предсказания Нострадамуса на 2026 год

ФБР расследует случаи смерти и исчезновения ученых

ЦРУ пытало подопытных в рамках программы контроля сознания

Абсолютные доказательства существования инопланетян

Биоразнообразие и связь со снежным человеком

Британский советник предлагает создать комитет по НЛО

Версии вас из параллельных миров управляют вашей жизнью

Видео Пентагона с НЛО выглядят ужасно

Две пугающие новые реальности для США

Единая теория всего на свете

Ежегодный уфо-фестиваль в Макминнвилле

Есть ли там кто-нибудь

Информация о наблюдении НЛО в Абилине

Когда наступит конец Вселенной

Мой инопланетный ужас на ранчо Зона 51

НЛО могут быть падшими ангелами, а не инопланетянами

Опасения по поводу безопасности аэропортов из-за НЛО

Опасения политика по поводу НЛО

Открытие экзопланет меняет представления о космосе

Охотящийся на оленей бигфут замечен в Луизиане

Потрясающая фотография прозрачного инопланетянина

Пугающее послание инопланетян человечеству

Сверхсекретный самолет был замечен вблизи Зоны 51

Секретная операция ЦРУ по поиску НЛО

Спусковой крючок для пробуждения человечества

Странные наблюдения в небе Вирджинии

Странные наблюдения в небе Коннектикута

Странные наблюдения в небе Массачусетса

Тайная программа по распылению химикатов над США

Тысячи таинственных подводных НЛО у берегов США

Шпион-экстрасенс ЦРУ сделал предупреждение

Экс-баскетболист раскритиковал публикацию файлов об НЛО

Элиты исследовали дистанционное управление человеком

Археологи сделали настоящее открытие в Петре

Есть ли в архиве НЛО сенсация

Зеленые человечки и другие дела

Инопланетян нужно искать по химическому рисунку

Легендарное сокровище на Оук-Айленд

НЛО могут изменить сознание человечества

Певец предложил показать миру инопланетянина

Пилот выносит вердикт по поводу наблюдений НЛО

Пустыню обыскали в поисках древних линий Наска

Сверхлюди - это мы из будущего

Странное зрелище, которые видели астронавты

Странный объект над Казахстаном

США неспособны скрыть даже НЛО

США отыграло сценарий ядерного взрыва на орбите

Украинский военный дрон снял видео с НЛО

Файлы об НЛО не дают ответов, но что-то происходит

ФБР описало возможных пилотов НЛО

Чиновник поделился фантастическими кадрами НЛО

Что жду инопланетяне

Что на самом деле содержится в секретных материалах

Базирующееся в Оклахоме уфо-бюро

Венера - погибшая копия Земли

Видеозаписи, которые правительство не хочет показывать

Восьмиконечный корабль - библейский Ангел

До 60 % паролей взламываются менее чем за час

Живая сфера преследовала людей на озере

Кампания прозрачности Трампа

Кому понадобилось убирать элитных ученых

Конспирология выглядит более распространенной

Наш мозг не пустой при рождении

Полет вертолета с подозрительным шаром

Политтехнолог утверждает, что НЛО - попытка отвлечения

Стивен Кинг высказался о файлах про НЛО

Файлы об НЛО, опубликованные правительством США

Файлы Пентагона могут раскрыть секретные технологии

Фестиваль НЛО в Макминнвилле

Фотограф снял спрайт-медузу

Что содержится в новых американских файлах об НЛО

Ядерное оружие использовали для привлечения НЛО

Япония анализирует серию файлов об НЛО

Веб-сайт Пентагона об НЛО бьёт рекорды

Встречи с НЛО настораживают пилотов

За активностью НЛО стоят демонические силы

Загадочные наблюдения на Ближнем Востоке

Информация о наблюдении НЛО в Абилине

Лос-Анджелес - официальная точка притяжения НЛО

От летающих дисков до светящихся шаров

Пилот выносит вердикт по поводу наблюдений НЛО

Подросток создал мифический 'Луч смерти' Архимеда

Правительственные файлы об НЛО

Публикация файлов об НЛО - важный первый шаг

Пять самых громких разоблачений из файлов об НЛО

Размышления уфолога Филипа Мантла о НЛО

Следующая утечка файлов об НЛО будет скоро

Ученые изменили фундаментальный код жизни

Файлы об НЛО за период с 1942 по 2025 год

Файлы об НЛО, которые относятся к миссиям Аполлон

Черное хранилище запускает архив релизов файлов НЛО

Что делает сны такими странными

Что мы нашли в материалах Трампа про НЛО

Виртуальная мода Тейвата. Путешествие в мир персонажей и обновлений

Базз Олдрин заметил яркий свет вблизи Луны

В чем секрет восьмиконечного НЛО

Данные Трампа на НЛО разочаруют

Досье Трампа по НЛО - это победа прозрачности

Невиданные ранее файлы об НЛО

Онлайн-подборка файлов об НЛО

Отчет о наблюдении НЛО над Казахстаном

Пентагон публикует файлы об НЛО

Появляется все больше засекреченных файлов

Правительственные документы, чего и следовало ожидать

Правительство США все еще скрывает от нас информацию

Промышленный комплекс по НЛО

Связь Трампа с другой крупной бандой

Таинственные изображения НЛО

Трамп все еще скрывает ключевую информацию

Уфолог воодушевлен первым выпуском файлов о НЛО

Файлы об НЛО, связанные с библейскими откровениями

ФБР вызывает бурю негодования из-за инопланетян

Фото аномалий во время полетов Аполлонов

Фотографии Аполлона в досье Трампа об НЛО

Внутри файлов об НЛО, опубликованных Пентагоном

Восьмиконечная звезда, совершающая странные движения

Десятки файлов рассказывают о внеземной жизни

Документы свидетельствуют о наблюдениях НЛО

Наверх
Яндекс.Метрика