Google DeepMind（グーグルディープマインド）が「GNoME（グノーム）」を発表：新素材の安定性を予測し、探索の速度と効率を劇的に向上させる新しいディープラーニングツール

グーグルディープマインドが「GNoME（グノーム）」を発表：新素材の安定性を予測し、探索速度と効率を劇的に向上する新しいディープラーニングツール

無機結晶は、コンピュータチップ、バッテリー、太陽電池など、現代の多くの技術にとって不可欠です。安定した結晶は、細心の注意を払った試験の結果として数ヶ月かけて生まれるものであり、溶解しないため、新たな技術の実現には不可欠です。

研究者たちは、限られた成果しか挙げられなかった高価な試行錯誤の実験を行ってきました。彼らは既存の結晶を修正したり、他の元素の組み合わせを試したりして、新しい結晶構造を探しました。材料プロジェクトなどによって牽引される計算手法のおかげで、過去10年間には28,000以上の新しい材料が見つかりました。これまで、実験的に有効な材料を信頼性の高い予測できるAI技術の能力は大きな制約でした。

ローレンスバークレー国立研究所とGoogle DeepMindの研究者は、Natureに2つの論文を発表し、自律的な材料合成のためのAI予測の可能性を示しました。この研究では、800年分に相当する約2.2百万の結晶が発見されました。彼らの新しいディープラーニングツールである材料探索のためのグラフネットワーク（GNoME）は、新しい材料の安定性を予測し、発見のスピードと効率を大幅に改善しました。GNoMEは、大量の新しい材料の発見と開発におけるAIの約束を具現化しています。世界中のさまざまな研究室で行われた独立した取り組みによって、これらの新しい構造の中から736個が生み出されました。

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GNoMEの導入により、技術的に可能な材料の数は2倍に増加しました。その2.2百万の予測のうち、38万個が安定性の高さから実験的な合成の可能性が最も高いとされています。次世代の電気自動車の効率向上に貢献する新しいバッテリーの材料や、スーパーコンピューターを駆動する超伝導体などが、これらの候補材料に含まれます。

GNoMEは最先端のGNNモデルの一つです。GNNの入力データは原子のつながりに類似したグラフで表されるため、新しい結晶材料の発見に適しています。

GNoMEを訓練するために最初に使用された結晶構造と安定性のデータは、Materials Projectを通じて公開されています。トレーニング手法としての「アクティブラーニング」の使用は、GNoMEの効率を大幅に改善しました。研究者たちはGNoMEを使用して新しい結晶候補を生成し、その安定性を予測しました。彼らは進行中のトレーニングサイクル全体でモデルの性能を評価するため、物理学、化学、材料科学の分野で確立された計算手法である密度汎関数理論（DFT）を使用して原子構造を理解し、結晶の安定性を評価するための反復的なチェックを行いました。モデルトレーニングは高品質なトレーニングデータを使用してプロセスに戻されました。

研究結果は、先行の最新モデルによる外部ベンチマークによって指標が設定されている状態から、材料の安定性予測の発見スピードを約50％から80％に向上させたことを示しています。このモデルの効率の向上により、各発見に必要な計算能力が10％未満から80％以上に向上しました。これらの効率の向上は、AI駆動の材料合成のさらなる進展の道を開くものです。

自律型のラボは、Materials Projectの材料を使用し、GNoMEの安定性情報を活用して、41以上の新しい材料を生み出しました。これはAI駆動の材料合成の更なる進展を可能にする道を開いたものです。

GNoMEの予測は科学コミュニティに公開されています。研究者たちはその化合物を解析し、380,000の材料をオンラインデータベースに追加するMaterials Projectに提供します。これらのリソースの助けを借りて、科学コミュニティが無機結晶の研究をさらに追求し、機械学習技術の潜在能力を実験のガイドラインとして実現することを願っています。

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