Către îmbunătățirea celulelor solare cu învățare activă

Vizualizarea spațiului chimic explorat până acum. Credit: © Kunkel / FHI

Cum mă pregătesc pentru ceva ce nu știu încă? Oamenii de știință de la Institutul Fritz Haber din Berlin și de la Universitatea Tehnică din München au abordat această întrebare cvasi-filosofică în contextul învățării automate. Învățarea nu este altceva decât utilizarea experienței anterioare. Pentru a face față unei situații noi, trebuie să fi avut de-a face cu situații aproximativ similare înainte. În învățarea automată, aceasta înseamnă, respectiv, că un algoritm de învățare trebuie expus la date aproximativ similare. Dar ce putem face dacă există o cantitate aproape infinită de posibilități, astfel încât este pur și simplu imposibil să se genereze date care acoperă toate situațiile?

Această problemă apare foarte mult atunci când avem de-a face cu un număr infinit de potențiale molecule candidate. Semiconductorii organici permit tehnologii importante în viitor, cum ar fi celulele solare mobile sau ecranele rotative. Pentru astfel de aplicații, trebuie descoperite molecule organice îmbunătățite – care alcătuiesc aceste materiale. Sarcinile de această natură folosesc din ce în ce mai multe metode de învățare automată în timp ce se antrenează cu privire la datele din simulări sau experimente pe computer. Se estimează că numărul de molecule organice potențial mici este în intervalul de 1033. Acest număr mare de posibilități face practic imposibilă generarea de date suficiente pentru a reflecta o varietate atât de mare de materiale. Mai mult, multe dintre aceste molecule nu sunt potrivite nici măcar pentru semiconductorii organici. Unul este în esență în căutarea acului proverbial într-un paie.

În lucrarea lor publicată recent în Comunicări despre natură echipa din jurul prof. Karsten Reuter, Director al Departamentului de Teorie al Institutului Fritz-Haber, a abordat această problemă folosind așa-numita învățare activă.

În loc să învețe din datele existente, algoritmul de învățare automată decide în mod repetat de ce date are nevoie de fapt pentru a afla despre problemă. Oamenii de știință efectuează mai întâi simulări pe mai multe molecule mai mici și obțin date despre conductivitatea electrică a moleculelor – o măsură a utilității lor atunci când analizează posibilele materiale ale celulelor solare. Pe baza acestor date, algoritmul decide dacă micile modificări ale acestor molecule pot duce deja la proprietăți utile sau dacă este nesigur din cauza lipsei de date similare. În ambele cazuri, el caută automat noi simulări, se rafinează prin date nou create, ia în considerare noi molecule și continuă să repete această procedură.

În lucrarea lor, oamenii de știință arată cum moleculele noi și promițătoare pot fi identificate eficient în acest mod, deoarece algoritmul își continuă explorarea în vastul spațiu molecular, chiar și acum, chiar acum. În fiecare săptămână sunt propuse noi molecule care ar putea crea următoarea generație de celule solare, iar algoritmul devine din ce în ce mai bun.

Referință: „Descoperirea activă a semiconductoarelor organice” de Christian Kunkel, Johannes T. Margraf, Ke Chen, Harald Oberhofer și Karsten Reuter, 23 aprilie 2021, Comunicări despre natură.
DOI: 10.1038 / s41467-021-22611-4

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Zirconii antici datează începutul tectonicii plăcilor în urmă cu 3,6 miliarde de ani – un eveniment critic pentru a face pământul ospitalier pentru viață

Zirconii examinați de echipa de cercetare, fotografiați cu catodoluminiscență, tehnică cu care echipa a putut vizualiza interiorul cristalelor cu un microscop electronic cu scanare...

Putem face opioidele mai puțin dependente? [Video]

În 2017, milioane de oameni din întreaga lume erau dependenți de opioide și 115.000 au murit din cauza unui supradozaj. Opioidele sunt cele mai puternice...

Măsurile neconvenționale împotriva pandemiei și apărării nucleare pot proteja omenirea de catastrofe catastrofale

Lansarea mânerului SM-3 Block IB de la un crucișător cu rachete ghidate USS Lake Erie (CG 70). Credit: Marina SUA În curând viața pe...

Situl de legare a anticorpilor conservat în variantele de virus COVID-19 – impact mare pentru vaccinurile viitoare

O echipă de cercetare Penn State a descoperit că proteinele N din barza-covi-2 sunt stocate în toate coronavirusurile epidemice legate de îngrășăminte (sus, stânga:...

Mișcări ale electronilor de ceas în interiorul unui atom: viteza obturatorului de o milionime dintr-o miliardime de secundă

Reprezentarea artistică a experimentului. Întârzierea inerentă între emisia celor două tipuri de electroni duce la o elipsă caracteristică în datele analizate. În...

Newsletter

Subscribe to stay updated.