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Enregistrement W3185753362 · doi:10.1149/ma2021-0127966mtgabs

Predicting through-Plane Porosity Profiles of Fibrous Porous Media from 2D Images with a Single-Input Multi-Output Convolutional Neural Network

2021· article· en· W3185753362 sur OpenAlexaff
Taylr Cawte, Aimy Bazylak

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineMaterials Science
ThématiqueTextile materials and evaluations
Établissements canadiensUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésConvolutional neural networkPorosityDeep learningPorous mediumCharacterization (materials science)Artificial intelligenceComputer scienceMaterials sciencePattern recognition (psychology)Composite materialNanotechnology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

While significant advances have been made in polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC), water management in the gas diffusion layer (GDL) continues to be an important avenue for increasing overall cell efficiency (1). Efforts have been made to better understand how the structure of the GDL impacts water management through advanced microstructure characterization techniques such as synchrotron x-ray and laboratory-based computed tomography imaging, as well as neutron imaging (2-4). Deep learning tools like convolutional neural networks (CNNs) are openly available resources and have been employed for image classification and object detection since the late 1990s (5). While CNNs are less often used for real number regression tasks, they present a unique opportunity to gain meaningful insight into the GDL microstructure from lower quality data sources. Recently deep learning has been implemented in geological porous media applications to predict morphological, hydraulic, and mechanical properties with good success, and should be further investigated for use in the fuel cell community (6). In this study, a database containing over 2200 3D fibrous porous materials was created. The materials exhibited porosities ranging from 40% to 95% and were designed to represent GDLs in a PEMFC. The materials were used to create 2D images for training CNNs to predict average porosities and through plane porosity profiles. The CNNs, based on the popular ResNet50 and Xception network architectures, were adapted for real number regression rather than for traditional classification tasks. Both architectures accurately predicted average porosities with an R 2 of 0.98 (ResNet50) and 0.99 (Xception). Xception was then further adapted into a single-input multi-output convolutional neural network (SiMo CNN) and trained to predict through-plane porosity profiles using only 2D images. We achieved good results with the SiMo CNN for predicting porosity profiles with an R 2 of 0.91 and a mean absolute error of 1.7%. This study illustrates the usefulness of CNNs in image analysis of fibrous porous materials like the GDL and highlights the potential for CNNs to be further applied in the design and characterization of materials for electrochemical energy conversion. References Ijaodola OS, El-Hassan Z, Ogungbemi E, Khatib FN, Wilberforce T, Thompson J, et al. Energy efficiency improvements by investigating the water flooding management on proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). Energy. 2019;179:246-67. Ince UU, Markötter H, George MG, Liu H, Ge N, Lee J, et al. Effects of compression on water distribution in gas diffusion layer materials of PEMFC in a point injection device by means of synchrotron X-ray imaging. Int J Hydrogen Energy. 2018;43(1):391-406. Battrell L, Patel V, Zhu N, Zhang L, Anderson R. Imaging of the desaturation of gas diffusion layers by synchrotron computed tomography. J Power Sources. 2019;416:155-62. Siegwart M, Harti RP, Manzi-Orezzoli V, Valsecchi J, Strobl M, Grünzweig C, et al. Selective visualization of water in fuel cell gas diffusion layers with neutron dark-field imaging. J Electrochem Soc. 2019;166(2):F149. LeCun Y, Bottou L, Bengio Y, Haffner P. Gradient-based learning applied to document recognition. Proc IEEE. 1998;86(11):2278-324. Rabbani A, Babaei M, Shams R, Da Wang Y, Chung T. DeePore: a deep learning workflow for rapid and comprehensive characterization of porous materials. Adv Water Resour. 2020;146:103787.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,163
Score d'incertitude au seuil0,963

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,034
Tête enseignante GPT0,255
Écart entre enseignants0,220 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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