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材料設計における効率的スクリーニングのための機械学習法

Publicly Offered Research

Project AreaExploration of nanostructure-property relationships for materials innovation
Project/Area Number 26106510
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionGifu University

Principal Investigator

志賀 元紀  岐阜大学, 工学部, 助教 (20437263)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2015: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2014: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywords教師あり学習 / 機械学習 / 走査型電子顕微鏡 / 非負値行列分解 / 材料設計
Outline of Annual Research Achievements

ナノスケールの計測技術および第一原理計算に基づく生成エネルギー計算技術をはじめとしてナノ構造解析の周辺分野が目覚ましく進展している。このような技術にもとづき、様々な元素および結晶構造の膨大な組み合わせに対して、それぞれ物理特性や材料特性が計測・計算されている。こうした状況において、新規の材料設計のために、現在所有するデータから有用な情報の効率的な抽出、また、未知材料の特性値を予測するデータ解析法に対する期待が高まっている。本課題では、以下の2つに大別される課題に取り組んだ。
(1)未知材料の効率的な物性値評価のための機械学習法
材料の結晶構造から物性値を予測する教師あり学習法を開発した。特に、計画班A01(ア)豊浦和明先生や公募班の竹内一郎教授らとともに、プロトン伝導体の伝導経路を効率的に発見する手法をベイズ最適化のアプローチによって開発した。また、連携研究者の桑原彰秀博士とともに、点欠陥を含む結晶構造の物性値予測法を開発するために、様々な結晶構造記述子を評価した。
(2)走査型電子顕微分光計測データから元素構造の自動マッピング法
STEM-EELS計測のような走査型電子顕微分光計則データは膨大な量のデータであるため、自動的かつ効率的なデータ解析法が求められる。この問題に対して、本研究では非負値行列分解のアプローチにより、計測スペクトルデータを用いて、試料上の元素成分を自動的にマッピングし、同時に、各成分のスペクトルを同定する手法を開発した。本取り組みは、計画班A01(ウ)の武藤俊介教授との共同研究であり、実際のデータを提供していただき、手法の評価を行った。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2016 2015 2014

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Machine-learning-based selective sampling procedure for identifying the low-energy region in a potential energy surface: A case study on proton conduction in oxides2016

    • Author(s)
      K. Toyoura, D. Hirano, A. Seko, M. Shiga, A. Kuwabara, M. Karasuyama, K. Shitara, and I. Takeuchi
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 93 Issue: 5 Pages: 054112-054112

    • DOI

      10.1103/physrevb.93.054112

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] ナノ電子顕微分光における情報処理技法の応用2015

    • Author(s)
      武藤 俊介, 志賀 元紀, 巽 一厳, 津田 宏治
    • Journal Title

      日本セラミックス協会 「セラミックス」

      Volume: 50 Pages: 527-530

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Nonnegative Matrix Factorization for Spectral Imaging Data Analysis2015

    • Author(s)
      Motoki Shiga, Shunsuke Muto, Kazuyoshi Tatsumi, Koji Tsuda
    • Organizer
      International Meeting on “High-Dimensional Data Driven Science”
    • Place of Presentation
      メルパルク京都, 京都
    • Year and Date
      2015-12-14
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 材料科学分野における統計的機械学習2015

    • Author(s)
      志賀元紀, 巽一厳, 津田宏治, 武藤俊介
    • Organizer
      第25回日本Materials Research Society年次大会
    • Place of Presentation
      横浜市情報文化センター, 横浜
    • Year and Date
      2015-12-08
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ガウス過程を用いた選択的サンプリングとその材料分野への応用2015

    • Author(s)
      平野大輔, 豊浦和明, 世古敦人, 志賀元紀, 桑原彰秀, 烏山昌幸, 設楽一希, 竹内一郎
    • Organizer
      第18回情報論的学習理論ワークショップ
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場, つくば
    • Year and Date
      2015-11-25
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Current progress in a data mining technique applying to digital spectral image datasets2015

    • Author(s)
      Shunsuke Muto, Motoki Shiga, Kazuyoshi Tatsumi, Koji Tsuda
    • Organizer
      The 10th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices
    • Place of Presentation
      くにびきメッセ, 松江
    • Year and Date
      2015-10-25
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 走査型電子顕微鏡データ解析のためのスパース制約に基づく非負値行列分解法2015

    • Author(s)
      志賀元紀, 巽一厳, 津田宏治, 武藤俊介
    • Organizer
      日本金属学会 2015秋期講演大会
    • Place of Presentation
      九州大学 伊都キャンパス, 福岡
    • Year and Date
      2015-09-16
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 材料設計における効率的スクリーニングのための機械学習法2015

    • Author(s)
      志賀元紀
    • Organizer
      科研費・新学術領域研究「ナノ構造情報のフロンティア開拓」第2回公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス、名古屋
    • Year and Date
      2015-03-11
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 電子分光スペクトラムイメージ解析のための非負値行列分解2014

    • Author(s)
      巽一厳, 武藤俊介, 志賀元紀, 津田宏治
    • Organizer
      科研費・新学術領域「スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学の創成」2014年度公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京工業大学すずかけキャンパス、横浜市
    • Year and Date
      2014-12-15 – 2014-12-17
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] STEM-EELSスペクトラムイメージ解析のための非負値行列分解法2014

    • Author(s)
      志賀元紀, 津田宏治, 武藤俊介
    • Organizer
      日本金属学会 2014秋期講演大会
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス、名古屋
    • Year and Date
      2014-09-24 – 2014-09-26
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 材料設計における効率的スクリーニングのための機械学習法2014

    • Author(s)
      志賀元紀
    • Organizer
      科研費・新学術領域研究「ナノ構造情報のフロンティア開拓」第2回若手の会
    • Place of Presentation
      淡路島夢舞台国際会議場、淡路市
    • Year and Date
      2014-07-27 – 2014-07-28
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 材料設計における効率的スクリーニングのための機械学習法2014

    • Author(s)
      志賀元紀
    • Organizer
      科研費・新学術領域研究「ナノ構造情報のフロンティア開拓」第3回領域会議
    • Place of Presentation
      メルパルク京都、京都
    • Year and Date
      2014-06-18
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

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Published: 2014-04-04   Modified: 2018-03-28  

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