beskarss217891 (beskarss217891) wrote,
beskarss217891
beskarss217891

Categories:

Артем Оганов «Предсказательное материаловедение: от снов Менделеева до искусственного интеллекта»



Пересказ будет не таким уж и кратким:

Предисловие ведущего
- цифровизация - не технореволюция. Революция - перенос численных, цифровых методов на материальный мир. Эту революцию ожидают не ранее чем через несколько лет.
- как это будет? Надо смотреть на опережающие разработки. У них проблема внедрения, надо менять оргструктуры, надо быть ершистым.

Лектор:
Компьютерный дизайн новых материалов - со свойствами, предсказанными на компьютере - как этого добиться?
Материалы часто не дотягивают до уже разработанной технологии. Надо подтянуть еще немного, и будет внедрение.
В мире больше всего кристаллов - надо работать с ними (жидкостей и то меньше).
Классическая кристаллография - началась с Кеплера.
Плотнейшая структура упаковки - гипотеза о снежинках у Кеплера - математически доказано в общем случае лишь 2015-м году! Но Кеплер не учел "дырки" в реальной структуре льда (благодаря которым лед получается легче воды).
Первое предсказательное решение в кристаллографии - 1865 (структура бензола). В 1915-м - работа Брэггов - расчет положений атомов в кристалле по дифракционной картине рентгеновского снимка.
Начали понимать, что есть ограничения на степени симметрии (сколько раз вещь надо повернуть на определенный угол, чтобы получить герметически ту же структуру). Оси симметрии пятого порядка - вообще невозможны в кристаллах. 7-го и более высокого порядка - тоже.
А вот уже в вирусах - это уже возможно (потенциальное преимущество живых структур над неживыми в самом начале эволюции)!
Но вот как расшатывалась эта классическая установка.
В 1982 - открыли кристалл с симметрией 10-го порядка (а вот так, назвали квазикристаллами), но картинка его структуры была сделана за несколько лет до того - мозаика Пэнроуза. Структура упорядоченная, но не периодическая. Пэнроуз выиграл у компании "Клинакс" суд за авторское право на этот узор. Но уже на тот момент было известно, и даже в научпоп журналах обсуждалось, что этот узор был придуман (без математики) еще 800 лет назад - одна из форм орнамента в мечетях /видно, что эту полудетективную историю лектор ввернул для большей привлекательности выступления/.

И тут начинаются большие данные в материаловедении.
Менделеев увидел сравнительно простую зависимость в наборе чисел. Интуитивно понятную. Сейчас к этому приспособили программы.
Известно где-то миллион моделей кристаллов и где-то 300 тыс. экспериментально проверены. Очень много белых пятен.
Но анализ больших данных - позволяет предсказывать физические свойства!
Элементы располагаются на осях графиков - и полученные пересечения позволяют картировать физические свойства тысяч соединений, потому как близкие по свойствам элементы дают близкие по свойствам соединения. Материалы с определенными свойствами (высокотемпературная сверхпроводимость) - кучкуются в определенных же областях. Получаются интересные графические структуры - смесь графиков с пятнами Эшера.
Сейчас 916 нитридов можно картографировать - и на карте будут области стабильности. То есть предсказаны 127 стабильных систем (работа 2019-го года).
Дальше - больше. Чтобы математические рассчитать свойства конкретного соединения - требуются очень сложные квантово-механические расчеты. Очень затратные, нужны квантовые компьютеры, которых в нормальном варианте сейчас фактически еще нет, или очень большие затраты машинного времени суперкомпьютеров.
И тут врывается ИИ! Оказывается можно научить нейронную сеть использовать аналогии - чтобы она прогнозировала свойства новых соединений, использовав сумму данных по уже имеющимся. Человеческое сознание просто не вмещает такого объема данных, а с нейронкой - пожалуйста.
До последнего десятилетия это считалось вообще невозможным - просто потому что количество вариантов бесконечно велико.
Но если пользоваться картографированием, если использовать методы для поиска самых низкоэнергетических соединений (что-то вроде симплекс-метода) - и все упаковать в нормальный алгоритм, типа программы "успех" - все станет просто.
Открытия посыпались как из ведра.
Нашли структуры, сверхпроводимые при -13 градусах Цельсия! Правда, они стабильны только при совершенно адском давлении. Но их ведь не случайно открывали, а реализовывали условия, рассчитанные на моделях! Есть и ошибки, но не катастрофические.
Хотите соединения на основе гелия? Пожалуйста. Хотите старый-добрый натрий-хлор превратить в что-то типа натрий2-хлор5? Не вопрос - вам укажут, при каких условиях будет существовать такая структура.
Как есть острова стабильности для атомов - так есть острова стабильности и для наночастиц - и это тоже теперь просчитывается.
То есть - можно создать ландшафт всех возможных соединений по какому-то признаку. Скажем, твердости. Сделали, посчитали - и доказали. что прочнее алмаза ничего быть не может в принципе. Нашли прямо в модели, на графике, все уже имеющиеся сверхтвердые соединения и какое-то количество новых.
Но кроме чисто лабораторных изысков - есть и практика.
Пришел к докладчику "Газпром-нефть" и заказал материал для буровых резцов - чтобы прочнее победита был, чтобы можно было не импортировать иностранный инструмент.
И вот - разработан такой материал, вольфрам-бор5, получен в реале, на 50% тверже победита, организуется промпроизводство таких резцов.

Комментарий:
- самый важный вывод: образ ученого, который во вспышке наития угадывает структуру химического соединения или форму самолета - уходит в прошлое. Чистая интуиция сдает очередной бастион, и теперь не просто математической формуле или строгому эксперименту (что было в 17-в веке), или работе с коллективом (19-й век), или работе с простыми зависимостями, рассчитанными компьютером (20-й век), но интуиции более высокого порядка. Пока это очень узкая, специализированная интуиция, но все же;
- это пахнет перестройкой всей структуры науки, как машины по получению новых знаний. Без таких нейронок - как без ног. Легко отстать. От прикладного ученого будет требоваться выбрать подходящую нейронку (из каталога), загрузить в неё соответствующий материал. Он как охотник с таксой, идущий на барсука. И такая работа будет все упрощаться - потому как громадное количество информации в мире уже как-то организовано. И громадное количество программ готово обслуживать другие участки принятия решений (расчет прибыльности и т.п.). А вот фундаментальщик должен придумать новую нейронку - новые принципы, новые допуски и т.п.;
- эту интуицию будут распространять и на другие области знаний. Оценка платежеспособности заемщика - вот-вот будет на широком фронте. Ну и медицина.
- по форме - лекция научно-популярная, иногда с уходом в совсем уж в школьные сведения - но потом будто катапультой поднимает на более высокий уровень. Есть легкое ощущение, что побывал в детстве: в простой форме рассказывают что-то, резко дополняющее картину мира (не то, чтобы я так следил за кристаллографией, но общие научно-популярные представления на уровне 80-х годов - в голове имелись).
Tags: Будущее, Философия техники
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

  • 4 comments