四川大学团队研发“材料版ChatGPT”,能用自然语言描述来模拟材料特性 chatgpt绉戠爺椤圭洰鐢虫姤杈呭姪鍐欎綔鎻掍欢 chatgpt鐮斿彂鍥㈤槦缁勬垚
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2024-04-22 19:28:32
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近日,四川大学高分子学院刘晗团队,解决了将计算模拟用于材料预测应用的技术壁垒。

同时,也解决了由于目标用户对于计算物理程序语言的不熟悉,致使其难以在实际生产或研发过程中应用预测工具的难题。


图 | 刘晗(来源:刘晗)

研究中,他们研发了一款名为 Lang2Sim 的软件,使得通过自然语言描述进行材料特性模拟成为可能。


图 | Language-to-Simulation(Lang2Sim)workflow(来源:arXiv)

为了实现这一目标,该模型被划分为三个主要模块:LM-Type(模拟类型)、LM-Sim(模拟性能)、以及 LM-EXE(模拟参数)。

其中,LM-Type 集成了从宏观至微观、从经验性到理论性的多种模拟工具。LM-Sim 则根据选取的模拟工具,选取了可模拟性能、

而最终,根据选定的 LM-Type 以及 LM-Sim,LM-EXE 会引导使用者输入模拟所需参数,并根据相关文献输出最终结果。


图 | Architecture of Lang2Sim platform(来源:arXiv)

上述三个模块按序组成了一个完整的预测过程。未来,通过集成更多模拟方法,预计生成结果数将会呈现如同决策树般的指数级增长。


图 | Lang2Sim example run on User-Interface(UI)(来源:arXiv)

除此之外,模型的自我学习功能也可圈可点。通过对储存空间的合理安排,每次模拟之后,模型都会对模拟条件进行记录。

在遇到类似情形时,可以根据先前记录快速进行二次模拟,从而加速计算过程,避免计算资源浪费。

总而言之,该项研究开发了一套人机交互智能建模系统,通过大语言模型构建语言智能体集成系统,能够基于人机交互历史将自然语言精确转化为材料计算模型,为便捷地进行材料模拟提供了一种新工具。


图 | History chat effect(来源:arXiv)

预期的应用场景可分为两方面:

一是在学术研究中,在进行物理化学实验之前,通过对设想的材料预先进行模拟,可以对材料研发提供指导意见,如针对结构、组分进行改变等;

二是在生产应用中,通过模型可预测当前材料在特定条件下的性能,能为材料能否在实际条件下发挥需要的作用提供依据。


图 | Future development of Lang2Sim platform(来源:arXiv)

研究人员表示,可以把本次模型看作材料科学届的学术版 ChatGPT。

事实上,Lang2Sim 和 ChatGPT 的运行模式非常相似。只不过和 ChatGPT 相比,Lang2Sim 对使用者输入的信息有更明确的要求,但同时也提供了相较于 ChatGPT 更准确的结果。

日前,相关论文以《仿真引擎语言研究》(On Languaging a Simulation Engine)为题发在 arXiv[1],刘晗担任第一作者和通讯作者。此外,课题组研究生李天乙参与了本次采访。


图 | 相关论文(来源:arXiv)

据介绍,AI 在材料科学中的应用一直是该课题组的主要研究方向,目前他们致力于构建基于人工智能的计算材料平台。

通过此,他们期望实现对于材料“制备—结构—性能—应用”的全过程模拟与反向设计,从而精准预测并反向调控材料制备过程。

进而快速降低目标材料的研发周期与成本,达到高性能新材料的加速开发,并在实际应用中促进相关理论方法学的发展。

目前,该团队仍在开展相关工作,例如基于大语言模型的语言智能体集群架构设计、以及可用于 LM-Type 中的预测模型等。

下一步,课题组计划通过进一步的研究,充实各个功能板块。此外,他们也在积极和外部课题组合作,以将预测结果用于实验验证或实验指导。

最终,该团队希望可以推动材料设计实验室的虚拟化和智能化,包括材料研发、制备、以及表征的全过程自动化。

目前,基于人工智能的全自动材料研发平台正在深刻变革整个科技领域,机遇很多、挑战也很多。

比如,高分子加工对于人工智能辅助的全自动研发还存在大量缺口,这也是今后学界需要补足的重点方向之一。

事实上,历次的科技革命都是将人从重复劳动中解放出来。

比如:

织布机的发明,不仅提升了纺织效率,也使得织物质量和产量得到提升,并带动了其他部门工业化,推动了工业革命。

计算机的发明,使得人类计算尺度得到颠覆性提升,其深远影响直至今日。

而现在我们赋予机器思考能力,使计算模拟变得不再难以企及,从而从根本上改变现有的科研范式,推动材料研发生产更加全面的智能化、自动化、理性化。

参考资料:

1.https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2402/2402.16482.pdf

运营/排版:何晨龙

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