Artificial intelligence for materials research at extremes
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Materials development is slow and expensive, taking decades from inception to fielding. For materials research at extremes, the situation is even more demanding, as the desired property combinations such as strength and oxidation resistance can have complex interactions. Here, we explore the role of AI and autonomous experimentation (AE) in the process of understanding and developing materials for extreme and coupled environments. AI is important in understanding materials under extremes due to the highly demanding and unique cases these environments represent. Materials are pushed to their limits in ways that, for example, equilibrium phase diagrams cannot describe. Often, multiple physical phenomena compete to determine the material response. Further, validation is often difficult or impossible. AI can help bridge these gaps, providing heuristic but valuable links between materials properties and performance under extreme conditions. We explore the potential advantages of AE along with decision strategies. In particular, we consider the problem of deciding between low-fidelity, inexpensive experiments and high-fidelity, expensive experiments. The cost of experiments is described in terms of the speed and throughput of automated experiments, contrasted with the human resources needed to execute manual experiments. We also consider the cost and benefits of modeling and simulation to further materials understanding, along with characterization of materials under extreme environments in the AE loop. Graphical abstract AI sequential decision-making methods for materials research: Active learning, which focuses on exploration by sampling uncertain regions, Bayesian and bandit optimization as well as reinforcement learning (RL), which trades off exploration of uncertain regions with exploitation of optimum function value. Bayesian and bandit optimization focus on finding the optimal value of the function at each step or cumulatively over the entire steps, respectively, whereas RL considers cumulative value of the labeling function, where the latter can change depending on the state of the system (blue, orange, or green).
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,006 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,003 |
| Communication savante | 0,003 | 0,003 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,003 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,005 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,014 | 0,002 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».