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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

公募研究

研究領域ナノ構造情報のフロンティア開拓-材料科学の新展開
研究課題/領域番号 26106510
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関岐阜大学

研究代表者

志賀 元紀  岐阜大学, 工学部, 助教 (20437263)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2015年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2014年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード教師あり学習 / 機械学習 / 走査型電子顕微鏡 / 非負値行列分解 / 材料設計
研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] 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

    • 著者名/発表者名
      K. Toyoura, D. Hirano, A. Seko, M. Shiga, A. Kuwabara, M. Karasuyama, K. Shitara, and I. Takeuchi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 93 号: 5 ページ: 054112-054112

    • DOI

      10.1103/physrevb.93.054112

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] ナノ電子顕微分光における情報処理技法の応用2015

    • 著者名/発表者名
      武藤 俊介, 志賀 元紀, 巽 一厳, 津田 宏治
    • 雑誌名

      日本セラミックス協会 「セラミックス」

      巻: 50 ページ: 527-530

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 謝辞記載あり
  • [学会発表] Nonnegative Matrix Factorization for Spectral Imaging Data Analysis2015

    • 著者名/発表者名
      Motoki Shiga, Shunsuke Muto, Kazuyoshi Tatsumi, Koji Tsuda
    • 学会等名
      International Meeting on “High-Dimensional Data Driven Science”
    • 発表場所
      メルパルク京都, 京都
    • 年月日
      2015-12-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 材料科学分野における統計的機械学習2015

    • 著者名/発表者名
      志賀元紀, 巽一厳, 津田宏治, 武藤俊介
    • 学会等名
      第25回日本Materials Research Society年次大会
    • 発表場所
      横浜市情報文化センター, 横浜
    • 年月日
      2015-12-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      第18回情報論的学習理論ワークショップ
    • 発表場所
      つくば国際会議場, つくば
    • 年月日
      2015-11-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Current progress in a data mining technique applying to digital spectral image datasets2015

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Muto, Motoki Shiga, Kazuyoshi Tatsumi, Koji Tsuda
    • 学会等名
      The 10th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices
    • 発表場所
      くにびきメッセ, 松江
    • 年月日
      2015-10-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      志賀元紀, 巽一厳, 津田宏治, 武藤俊介
    • 学会等名
      日本金属学会 2015秋期講演大会
    • 発表場所
      九州大学 伊都キャンパス, 福岡
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      志賀元紀
    • 学会等名
      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
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス、名古屋
    • 年月日
      2015-03-11
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      巽一厳, 武藤俊介, 志賀元紀, 津田宏治
    • 学会等名
      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
    • 発表場所
      東京工業大学すずかけキャンパス、横浜市
    • 年月日
      2014-12-15 – 2014-12-17
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      志賀元紀, 津田宏治, 武藤俊介
    • 学会等名
      日本金属学会 2014秋期講演大会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス、名古屋
    • 年月日
      2014-09-24 – 2014-09-26
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      志賀元紀
    • 学会等名
      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
    • 発表場所
      淡路島夢舞台国際会議場、淡路市
    • 年月日
      2014-07-27 – 2014-07-28
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      志賀元紀
    • 学会等名
      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
    • 発表場所
      メルパルク京都、京都
    • 年月日
      2014-06-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-28  

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