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2017 年度 実施状況報告書

材料科学におけるデータ駆動型探索技術の確立

研究課題

研究課題/領域番号 17K19953
研究機関北海道大学

研究代表者

瀧川 一学  北海道大学, 情報科学研究科, 准教授 (10374597)

研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2020-03-31
キーワード機械学習 / データ駆動科学 / データマイニング / マテリアルズインフォマティクス
研究実績の概要

本課題では、現在までに得られたデータに基づいて合理的、効率的、かつ、網羅的に候補物質を絞り込むデータ駆動型の帰納的な探索技術の確立を目指す。特に、時間のかかる精密な電子状態計算や実験を伴わず、機械学習のみに基づいて超高速な物性予測をデータ駆動で行うための枠組みとベストプラクティスの体系化を目標とする。
本年度は、メタン酸化カップリング反応や水性ガスシフト反応における多元不均一触媒の解析について次の3つの観点で研究を行った。(1)二元系触媒のd-band centerなど触媒活性と相関することが知られており従来は電子状態計算により計算してきた量をデータ駆動で予測した場合の定量的解析、(2)より直接的に触媒活性と相関がある吸着エネルギーの電子状態計算とその結果のデータ駆動予測での定量的解析、(3)メタン酸化カップリング反応などの実際の実験による触媒活性の文献報告値のデータを活用した触媒組成や反応条件の定量的解析。特に、データ自体のクオリティコントロール、機械学習手法や記述子の選択に関する評価、サンプル数がどの程度あればどの程度の精度が得られるかの定量評価など、多角的な解析を行った。得られた結果は論文としてまとめ各々出版された。研究協力者の北海道大学触媒化学研究所の研究者とは定期的に打合せを行い、民間企業からの排ガス浄化のデータや、新たな文献データの収集など、新たなデータや対象についても検討、整備を行っており、次年度でこれらのデータや問題について研究がさらに展開できる計画である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

計画していた研究課題について研究実績の概要で述べたとおり一定の成果が得られた。また論文やブックチャプターとしても採択、出版され、またアメリカ化学会の年会にinviteされ「Machine Learning for Catalysis Research」のセッションで講演も行った。

今後の研究の推進方策

(3)の文献データの解析については、出版データにおける条件の不均一性や計測値のばらつき、組成データとしての性質、データ全体としては多数の元素を含むため特徴次元の増大の対処、現在得られているデータに基づく材料探索へ向けての方法論の精査など、様々な検討課題が得られており、それらを一つづつ検討していく計画である。

次年度使用額が生じた理由

計画していた人件費・謝金用途(短期支援員の雇用)ができなかった分の剰余分であり、次年度の短期支援員補助分あるいは旅費などに利用する計画である。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 1件、 招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Toward effective utilization of methane: machine learning prediction of adsorption energies on metal alloys2018

    • 著者名/発表者名
      Toyao T, Suzuki K, Kikuchi S, Takakusagi S, Shimizu K, Takigawa I
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 122 (15) ページ: 8315-8326

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.7b12670

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Machine Learning Predictions of Factors Affecting the Activity of Heterogeneous Metal Catalysts2018

    • 著者名/発表者名
      Takigawa I, Shimizu K, Tsuda K, Takakusagi S
    • 雑誌名

      Nanoinformatics

      巻: 1 ページ: 45-64

    • DOI

      10.1007/978-981-10-7617-6_3

  • [雑誌論文] Machine learning reveals orbital interaction in materials2017

    • 著者名/発表者名
      Pham T L, Kino H, Terakura K, Miyake T, Tsuda K, Takigawa I, Dam H C
    • 雑誌名

      Science and Technology of Advanced Materials

      巻: 18(1) ページ: 756-765

    • DOI

      10.1080/14686996.2017.1378060

    • 査読あり
  • [学会発表] グラフ分類における部分グラフ特徴集合の確率的探索2018

    • 著者名/発表者名
      白川 稜・岡崎文哉・瀧川一学
    • 学会等名
      人工知能学会 第105回人工知能基本問題研究会(SIG-FPAI)
  • [学会発表] 部分グラフとその共起を用いたグラフ分類2018

    • 著者名/発表者名
      岡崎文哉・瀧川一学
    • 学会等名
      人工知能学会 第105回人工知能基本問題研究会(SIG-FPAI)
  • [学会発表] 決定化されたグラフパターントライの学習アルゴリズム2018

    • 著者名/発表者名
      坂上陽規・栗田和宏・瀧川一学・有村博紀
    • 学会等名
      人工知能学会 第105回人工知能基本問題研究会(SIG-FPAI)
  • [学会発表] Frontiers of data-driven property prediction: molecular machine learning2018

    • 著者名/発表者名
      Ichigaku Takigawa
    • 学会等名
      Innovation Camp 2018 for Computational Materials Science (ICCMS2018)
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子のグラフ表現と機械学習2018

    • 著者名/発表者名
      瀧川一学
    • 学会等名
      異分野融合ワークショップ「データ科学との融合による化学の新展開」
    • 招待講演
  • [学会発表] Machine learning predictions of factors affecting the activity of heterogeneous metal catalysts2018

    • 著者名/発表者名
      Takigawa I, Shimizu K, Tsuda K, Takakusagi S
    • 学会等名
      The 255th ACS (American Chemical Society) National Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 定量的構造活性相関予測における化合物特徴表現の実験的検証2017

    • 著者名/発表者名
      越野 沙耶佳・岡崎 文哉・瀧川一学
    • 学会等名
      2017年度人工知能学会全国大会(第31回)
  • [学会発表] 組成情報と要素特徴量の統合に基づく化学反応量の予測2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木 慶介・瀧川一学・清水 研一・高草木 達
    • 学会等名
      2017年度人工知能学会全国大会(第31回)
  • [学会発表] 系列二分決定グラフを用いた頻出部分グラフの圧縮表現2017

    • 著者名/発表者名
      岡崎文哉・奥山葉月・瀧川一学・ 湊 真一
    • 学会等名
      2017年度人工知能学会全国大会(第31回)
  • [学会発表] 全部分グラフ指示子に基づく決定木の勾配ブースティング2017

    • 著者名/発表者名
      横山侑政・瀧川一学
    • 学会等名
      2017年度人工知能学会全国大会(第31回)
  • [学会発表] 機械学習は化学研究の"経験と勘"を合理化できるか?2017

    • 著者名/発表者名
      瀧川一学
    • 学会等名
      電気化学会 第33回ライラックセミナー・第23回若手研究者交流会
    • 招待講演
  • [学会発表] 合成変量とアンサンブル:回帰森と加法モデルの要点2017

    • 著者名/発表者名
      瀧川一学
    • 学会等名
      電子情報通信学会 信号処理研究会(SIP)
    • 招待講演
  • [学会発表] グラフデータの機械学習における特徴表現の設計と学習2017

    • 著者名/発表者名
      瀧川一学
    • 学会等名
      日本応用数理学会 2017年度年会
    • 招待講演

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公開日: 2018-12-17  

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