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Enregistrement W4220808348 · doi:10.1557/s43577-021-00183-4

Machine learning as a tool to engineer microstructures: Morphological prediction of tannin-based colloids using Bayesian surrogate models

2022· article· en· W4220808348 sur OpenAlexaff
Soo-Ah Jin, Tero Kämäräinen, Patrick Rinke, Orlando J. Rojas, Milica Todorović

Notice bibliographique

RevueMRS Bulletin · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineMaterials Science
ThématiquePickering emulsions and particle stabilization
Établissements canadiensUniversity of British Columbia
Organismes subventionnairesAustralian Institute for Musculoskeletal ScienceAcademy of FinlandFinnish Center for Artificial IntelligenceAalto-YliopistoEuropean Commission
Mots-clésTannic acidSuspension (topology)Materials scienceBiological systemParticle (ecology)NanotechnologyColloidAdhesionCrystallizationComputer scienceArtificial intelligenceProcess engineeringMachine learningChemical engineeringChemistryMathematicsComposite materialOrganic chemistryEngineeringBiology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Oxidized tannic acid (OTA) is a useful biomolecule with a strong tendency to form complexes with metals and proteins. In this study we open the possibility to further the application of OTA when assembled as supramolecular systems, which typically exhibit functions that correlate with shape and associated morphological features. We used machine learning (ML) to selectively engineer OTA into particles encompassing one-dimensional to three-dimensional constructs. We employed Bayesian regression to correlate colloidal suspension conditions (pH and p K a ) with the size and shape of the assembled colloidal particles. Fewer than 20 experiments were found to be sufficient to build surrogate model landscapes of OTA morphology in the experimental design space, which were chemically interpretable and endowed predictive power on data. We produced multiple property landscapes from the experimental data, helping us to infer solutions that would satisfy, simultaneously, multiple design objectives. The balance between data efficiency and the depth of information delivered by ML approaches testify to their potential to engineer particles, opening new prospects in the emerging field of particle morphogenesis, impacting bioactivity, adhesion, interfacial stabilization, and other functions inherent to OTA. Impact statement Tannic acid is a versatile bio-derived material employed in coatings, surface modifiers, and emulsion and growth stabilizers, which also imparts mild anti-viral health benefits. Our recent work on the crystallization of oxidized tannic acid (OTA) colloids opens the route toward further valuable applications, but here the functional properties tend to depend strongly on particle morphology. In this study, we eschew trial-and-error morphology exploration of OTA particles in favor of a data-driven approach. We digitalized the experimental observations and input them into a Gaussian process regression algorithm to generate morphology surrogate models. These help us to visualize particle morphology in the design space of material processing conditions, and thus determine how to selectively engineer one-dimensional or three-dimensional particles with targeted functionalities. We extend this approach to visualize other experimental outcomes, including particle yield and particle surface-to-volume ratio, which are useful for the design of products based on OTA particles. Our findings demonstrate the use of data-efficient surrogate models for general materials engineering purposes and facilitate the development of next-generation OTA-based applications. Graphic abstract

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 machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,004
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,002
Score d'incertitude au seuil0,011

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,004
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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 Opus0,018
Tête enseignante GPT0,236
Écart entre enseignants0,218 · 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
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

Citations14
Publié2022
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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