研究人員加速發(fā)現(xiàn)用于 3D 打印的新材料

3D 打印在制造各種物品(從定制醫(yī)療設(shè)備到經(jīng)濟(jì)適用房)方面的日益普及，對專為特定用途設(shè)計(jì)的新型 3D 打印材料產(chǎn)生了更多需求。

為了縮短發(fā)現(xiàn)這些新材料所需的時(shí)間，麻省理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的過程，該過程使用機(jī)器學(xué)習(xí)來優(yōu)化具有多種特性(如韌性和抗壓強(qiáng)度)的新型 3D 打印材料。

通過簡化材料開發(fā)，該系統(tǒng)通過減少化學(xué)廢物量來降低成本并減輕對環(huán)境的影響。機(jī)器學(xué)習(xí)算法還可以通過提出人類直覺可能遺漏的獨(dú)特化學(xué)配方來刺激創(chuàng)新。

“材料開發(fā)在很大程度上仍然是一個(gè)手動(dòng)過程?；瘜W(xué)家進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，手工混合成分，制作樣品，測試它們，并得出最終配方。但是，與其讓化學(xué)家只能在幾天內(nèi)進(jìn)行幾次迭代，我們的系統(tǒng)可以在同一時(shí)間跨度內(nèi)進(jìn)行數(shù)百次迭代，”計(jì)算設(shè)計(jì)和制造部門的機(jī)械工程師兼項(xiàng)目經(jīng)理 Mike Foshey 說。計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室 (CSAIL) 的小組 (CDFG)，以及該論文的共同主要作者。

其他作者包括共同主要作者 Timothy Erps，CDFG 的技術(shù)助理;Mina Konakovi? Lukovi?，CSAIL 博士后;萬壽，前麻省理工學(xué)院博士后，現(xiàn)為阿肯色大學(xué)助理教授;資深作者 Wojciech Matusik，麻省理工學(xué)院電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授;以及巴斯夫的 Hanns Hagen Geotzke、Herve Dietsch 和 Klaus Stoll。該研究今天發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。

優(yōu)化發(fā)現(xiàn)

在研究人員開發(fā)的系統(tǒng)中，優(yōu)化算法執(zhí)行了大部分試錯(cuò)發(fā)現(xiàn)過程。

材料開發(fā)人員選擇一些成分，將其化學(xué)成分的詳細(xì)信息輸入算法，并定義新材料應(yīng)具有的機(jī)械性能。然后，算法會增加和減少這些組件的數(shù)量(例如轉(zhuǎn)動(dòng)放大器上的旋鈕)，并在達(dá)到理想組合之前檢查每個(gè)公式如何影響材料的屬性。

然后開發(fā)人員混合、處理和測試樣品，以了解材料的實(shí)際性能。開發(fā)人員將結(jié)果報(bào)告給算法，算法會自動(dòng)從實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)并使用新信息來決定要測試的另一個(gè)配方。

“我們認(rèn)為，對于許多應(yīng)用程序，這將優(yōu)于傳統(tǒng)方法，因?yàn)槟梢愿右蕾噧?yōu)化算法來找到最佳解決方案。你不需要專業(yè)的化學(xué)家來預(yù)先選擇材料配方，”Foshey 說。

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