Machine learning for materials design and discovery

Materials informatics is an interdisciplinary research domain that utilizes informatics principles to support materials innovation. Materials informatics aims at reducing the cycle time for the discovery and development of new materials using computer and data science technologies such as machine learning. In this lecture, I will briefly discuss the scope and some approaches of materials informatics. In addition, I will talk about a specific application that I have been working on recently.

Transcript

1. داوملا ةيتامولعم MATERIALS INFORMATICS بيد رئاث ويكوط ةعماج , نابايلا داوملا مولع ريوطتو ثاحبﻷ ةينطولا ةسسؤملا , نابايلا ءايميكلاو ءايزيفلا ثاحبﻷ ةينطولا ةسسؤملا , نابايلا , رئاز ثحاب 15 ناسين 2018
2. تايوتحملا • داوملا ةيتامولعم : فيرعت • داوملا ةيتامولعم تاقيبطت • تامولعملا ةناقت مادختساب داوملا ميمصت • عفادلا • ايلاح ةدوجوملا تابراقملا • ولراك يتنوم ثحب ةرجش مادختساب داوملا ميمصت • ولراك يتنوم ةرجش • ةيرارح ةيلقان طيلخ ميمصت • ةيلاحلا تابراقملا عم ةنراقم • ةمتاخ يملعلا ثحبلل ةيروسلا ةيعمجلل ةظوفحم خسنلا قوقح All Rights Reserved for Syrian Society for Scientific Research SySSR (C) 20018
3. ةرصتخم ةيتاذ ةريس بيد رئاث , تامولعملا ةناقتو مولع يف هاروتكد • ماع قشمد يف دلو 1981 • قشمد ةعماج نم جرخت , ماع ةيتامولعملا ةسدنهلا ةيلك 2006 • ةكرش يف لمع 4C يماع نيب تامولعملا ةناقتل 2007 - 2008 • ودياكوه ةعماج نم تامولعملا ةناقتو مولع يف ريتسجاملا ىلع لصح , ماع نابايلا 2011 سفن نم هاروتكدلا مث نمو ماع ةعماجلا 2015 • ذنم لمعي 2016 ثحابك postdoc نابايلا يف داوملا ملع ريوطتو ثاحبﻷ ةينطولا ةسسؤملا و ويكوط ةعماج يف , ءايميكلاو ءايزيفلا ثاحبﻷ ةينطولا ةسسؤملا يف ارئاز اثحاب هنوكل ةفاضﻹاب , تملا ءاكذلا عورشم زكرم مدق , RIKEN , نابايلا . • داوملا ةيتامولعم وه هثحب لاجم , داوملا ريوطت ملع ىلع ةيتامولعملا ئدابم قيبطت يأ . • ةيثحبلا هتامامتها : يلﻵا ملعتلا , ةيعيبطلا تاغللا ةجلاعم , صوصنلا يف تامولعملا نع بيقنتلا , انايبلا ملع ت يملعلا ثحبلل ةيروسلا ةيعمجلل ةظوفحم خسنلا قوقح All Rights Reserved for Syrian Society for Scientific Research SySSR (C) 20018
4. داوملا ةيتامولعم : فيرعت 1 تامولعملا ملع يذلا مولعلا نم عرف ةجلاعمب ىنعي تامولعملا . داوملا ملع حبي يذلا مولعلا عرف ث ةسدنهو مهف يف ةديدج داوم فاشتكاو . داوملا ةيتامولعم ملع يملعلا ثحبلل ةيروسلا ةيعمجلل ةظوفحم خسنلا قوقح All Rights Reserved for Syrian Society for Scientific Research SySSR (C) 20018
5. داوملا ةيتامولعم : فيرعت 2 طت ةرودل ةمزﻼلا ةدملا ريصقت وه نيعرفلا نيب جوازتلا اذه نم يسيئرلا فدهلا ريو دودحب ايلاح كلهتست يتلاو ةديدج داوم جاتنإو 20 ةنس . يملعلا ثحبلل ةيروسلا ةيعمجلل ةظوفحم خسنلا قوقح All Rights Reserved for Syrian Society for Scientific Research SySSR (C) 20018
6. داوملا ةيتامولعم ملع تاقيبطت • يلﻵا ملعتلا تاينقت مادختساب داوملا ميمصت • داوملا تانايب دعاوق ةرادإو ريوطت • تامولعملا ةناقت مادختساب ةديدج داوم فاشكتسا • يلﻵا ملعتلا ىلع دامتعﻻاب داوملا صاوخ باسح • ..... يملعلا ثحبلل ةيروسلا ةيعمجلل ةظوفحم خسنلا قوقح All Rights Reserved for Syrian Society for Scientific Research SySSR (C) 20018
7. تامولعملا ةناقت مادختساب داوملا ميمصت : فادلا ﻊ ةنيعم صاوخ تاذو ةطيسب تارذ نم اقﻼطنا ةديدج داوم ميمصت X ةرذ ةنكمم ةقاط لقأ Y ةرذ لاتسيرك لكيه يملعلا ثحبلل ةيروسلا ةيعمجلل ةظوفحم خسنلا قوقح All Rights Reserved for Syrian Society for Scientific Research SySSR (C) 20018
8. تامولعملا ةناقت مادختساب داوملا ميمصت : ﻊفادلا • ىرغص وا ىمظع ةيرارح ةيلقانب طيلخ طيلخلا ةقطنم يف تارذلا ددع ةحشرملا داوملا ددع 14 3,432 20 184,756 26 10,400,600 طيلخلا ةقطنم يف تارذلا ددع=16 #(Si) == #(Ge) راتخن نأ نكمي فيك ةيلعافب لثمﻷا ةداملا Si/Ge alloy region Lead Lead 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 y z يملعلا ثحبلل ةيروسلا ةيعمجلل ةظوفحم خسنلا قوقح All Rights Reserved for Syrian Society for Scientific Research SySSR (C) 20018
9. ةيلاحلا ةدوجوملا تابراقملا ثحبلا ءاضف قتلا جئاتن ميي ةاكاحم وأ ةبرجت ةيمزراوخ ثحبلا ةداملا مييقت نم ةعومجم داوملا وأ ةدام رايتخا داوم ةعومجم ةبرجت مييقت يملعلا ثحبلل ةيروسلا ةيعمجلل ةظوفحم خسنلا قوقح All Rights Reserved for Syrian Society for Scientific Research SySSR (C) 20018
10. ةلثمﻷا ةيزيابلا ةاكاحم Scor e 1 Scor e 2 Scor e 3 Pred. Scor e 4 Pred. Scor e5 Pred. Scor e 6 Pred. Scor e 7 Pred. Scor e 8 Pred. Scor e 9 Pred. Scor e10 Var. 4 Var. 5 Var. 6 Var. 7 Var. 8 Var. 9 Var. 10 Mat. １ Mat. ２ Mat. ３ Mat. ４ Mat. ５ Mat. ６ Mat. ７ Mat. ８ Mat. ９ Mat. １０ ةداملل عقوتملا مييقتلا عقوتملا يئاصحﻻا نيابتلا Scor e 1 Scor e 2 Scor e 3 يادبلا يف يئاوشع رايتخا ة يملعلا ثحبلل ةيروسلا ةيعمجلل ةظوفحم خسنلا قوقح All Rights Reserved for Syrian Society for Scientific Research SySSR (C) 20018
11. ةلثمﻷا ةيزيابلا Mat. １ Mat. ２ Mat. ３ Mat. ４ Mat. ５ Mat. ６ Mat. ７ Mat. ８ Mat. ９ Mat. １０ Scor e 1 Scor e 2 Scor e 3 Scor e 8 Scor e 1 Scor e 2 Scor e 3 Scor e 8 Pred. Scor e 4 Pred. Scor e 5 Pred. Scor e 6 Pred. Scor e 7 Pred. Scor e 9 Pred. Scor e 10 Var. 4 Var. 5 Var. 6 Var. 7 Var. 9 Var. 10 ةاكاحم يملعلا ثحبلل ةيروسلا ةيعمجلل ةظوفحم خسنلا قوقح All Rights Reserved for Syrian Society for Scientific Research SySSR (C) 20018
12. لراك يتنوم ثحب ةرجش مادختساب داوملا ميمصت و ةبعل يف امهم احاجن تققح ولراك يتنوم ةرجش وغ هجوم يئاوشع ثحب نع ةرابع يملعلا ثحبلل ةيروسلا ةيعمجلل ةظوفحم خسنلا قوقح All Rights Reserved for Syrian Society for Scientific Research SySSR (C) 20018
13. رذج Y X X Y Y رايتخا عيسوت ةاكاحم XYYXZYZXXYZZYYXX ايعجارت رثﻷا قيبطت Z Z Z X Y رذج Y X X Y Y Z Z Z X Y X X X رذج Y X X Y Y Z Z Z X Y X X رذج Y X X Y Y Z Z Z X Y X X قيرط نع مييقت ةبرجتلا ولراك يتنوم ثحب ةرجش يملعلا ثحبلل ةيروسلا ةيعمجلل ةظوفحم خسنلا قوقح All Rights Reserved for Syrian Society for Scientific Research SySSR (C) 20018
14. رايتخﻻا ةيمزراوخ : ىلعﻷا ةقثلا لاجم • ଶ • ௜ :ةدقعلل ةيمكارتلا ةميقلا • ௜ : ةدقعلل ةرايزلا تارم ددع • : فاشكتسﻻاو لﻼغتسﻻا نيب نزاوتلا تباث يملعلا ثحبلل ةيروسلا ةيعمجلل ةظوفحم خسنلا قوقح All Rights Reserved for Syrian Society for Scientific Research SySSR (C) 20018
15. ةبرجت : ةيرارح ةيلقان طيلخ ميمصت ةلثمﻷاو ولراك يتنوم ثحب ةرجش نيب ةنراقم ةيزيابلا *Ueno T, Rhone T, Hou Z, et al. COMBO: an ecient Bayesian optimization library formaterials science. Mater Discov. 2016;4:18-21. طيلخلا ةقطنم يف تارذلا ددع=16 #(Si) == #(Ge) يملعلا ثحبلل ةيروسلا ةيعمجلل ةظوفحم خسنلا قوقح All Rights Reserved for Syrian Society for Scientific Research SySSR (C) 20018
16. ميمصتلا نمز ثحبلا ءاضف نم ةدام رايتخﻻ ةيمزراوخلا هجاتحت يذلا نمزلا وهو يطسول تناك ةبرجتلا 10 رايتخﻻ يطسولا نمزلا باسح مت اهنم لك يف براجت 30 ةدام يملعلا ثحبلل ةيروسلا ةيعمجلل ةظوفحم خسنلا قوقح All Rights Reserved for Syrian Society for Scientific Research SySSR (C) 20018
17. حاجنلا ةبسن نيب لضفﻷا ةداملا رايتخا ةيمزراوخلا اهيف تققح يتلا ةبسنلا 100 ةيمزراوخلا ةبرجتل ةرم وه طيلخلا ةقطنم يف تارذلا ددع ةبرجتلا هذه يف 16 يملعلا ثحبلل ةيروسلا ةيعمجلل ةظوفحم خسنلا قوقح All Rights Reserved for Syrian Society for Scientific Research SySSR (C) 20018
18. نمزلا لﻼخ ةيمزراوخ لكل تدجو يتلا لثمﻷا ةداملا وه طيلخلا ةقطنم يف تارذلا ددع 22 يطسو نع ةضورعملا جئاتنلا ربعت 10 براجت يملعلا ثحبلل ةيروسلا ةيعمجلل ةظوفحم خسنلا قوقح All Rights Reserved for Syrian Society for Scientific Research SySSR (C) 20018
19. ةمتاخ داوملا لكايه يف تارذلا نييعت لاجم يف ةدعاو ولراك يتنوم ثحب ةرجش ثحبلا ءاضف مجح دايدزا عم ةعسوتلل ةلباق يلاتلا طبارلا ىلع اناجم دوجوم وهو ولراك يتنوم ثحب ةرجشل قيقحت لمعب تمق https://github.com/tsudalab/MDTS يملعلا ثحبلل ةيروسلا ةيعمجلل ةظوفحم خسنلا قوقح All Rights Reserved for Syrian Society for Scientific Research SySSR (C) 20018
20. ةيفاضإ تاءارق • Thaer M. Dieb, Koji Tsuda: Machine Learning-based Experimental Design in Materials Science. In: Tanaka I. (eds) Nanoinformatics. Springer, Singapore, pp 65-74, (2018) • Thaer M. Dieb, Shenghong Ju, Kazuki Yoshizoe, Zhufeng Hou, Junichiro Shiomi and Koji Tsuda: MDTS: Automatic Complex Materials Design using Monte Carlo Tree Search. Science and Technology of Advanced Materials, 2017, Vol 18, No.1,pp. 498-503. يملعلا ثحبلل ةيروسلا ةيعمجلل ةظوفحم خسنلا قوقح All Rights Reserved for Syrian Society for Scientific Research SySSR (C) 20018