اختصاصی بسپار/ ایجاد یک نقشه جهانی از خواص بسپارها با نرم افزار شبیه سازی خودکار

گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار/ ایران پلیمر انفورماتیک مواد (MI)، شاخه جدیدی از تحقیقات مواد است که داده‌های مواد را با علم داده ترکیب می‌کند و در حال رشد است. MI از آموزش ماشینی برای پیش‌بینی مواد جدید با ویژگی‌های نوآورانه و روش‌های ساخت آنها از فضای طراحی گسترده استفاده می‌کند. به این ترتیب، داده‌ها مهم‌ترین منبع در MI هستند.

علی‌رغم نیاز وافر، تلاش‌ها برای ایجاد یک پایگاه داده جامع از خواص بسپارها برای فعال کردن پژوهش‌های مبتنی بر داده‌ها کافی نبوده است.

برای ساخت پایگاه داده ای از خواص بسپار با شبیه سازی مولکولی، RadonPy در دپارتمان مهندسی مکانیک دانشگاه توکیو ساخته شده است. این اولین نرم‌افزار منبع باز است که با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی کلاسیک بر اساس مدل‌های اتمی  که رفتارها و ویژگی‌های اجزای تشکیل‌دهنده را محاسبه می‌کند، با موفقیت محاسبات خصوصیات فیزیکی بسپارها را به صورت خودکار انجام می‌دهد.

این برنامه یک بسپار اختصاص داده شده را می‌گیرد و محاسباتی را برای متعادل کردن آن در پارامترهای سیستم در نظر گرفته شده انجام می‌دهد. هنگامی که این کار را انجام می‌دهد، سپس می‌تواند چگالی بسپار، شعاع ژیراسیون، ضریب شکست، هدایت حرارتی، ظرفیت‌های گرمایی ویژه در فشار ثابت و حجم ثابت و اطلاعات دیگر را محاسبه کند. RadonPy داده‌ها را تولید و ذخیره می‌کند و بعداً می‌توان به آنها دسترسی داشت. پژوهشگران همچنین یک تکنیک آموزش ماشینی به نام آموزش انتقال را برای اصلاح سوگیری‌ها و تغییرات بین مقادیر ویژگی‌های شبیه سازی شده و داده‌های تجربی پیاده سازی کردند.

در این مطالعه، بیش از 1000 بسپار اَریخت (amourphous) منحصر به فرد در حدود دو ماه، عمدتاً با استفاده از ابر رایانه فوگاکو مورد محاسبه قرار گرفته است. این برنامه مجموعه ای از توابع محاسباتی خودکار را برای 15 ویژگی مختلف اجرا می‌کند، که به طور سیستماتیک با داده‌های تجربی برای تایید شرایط محاسباتی مقایسه شدند.  به طور جامع تطابق بین شش ویژگی به دست آمده از محاسبات دینامیک مولکولی بالا و مقادیر تجربی تایید شده اند.

این تیم تحقیقاتی همچنین هشت بسپار اَریخت با رسانایی بالا را شناسایی کردند. اکنون این گروه از RadonPy برای ایجاد بزرگترین پایگاه داده باز فیزیک بسپاری در جهان با بیش از 100000 گونه بسپار مختلف استفاده می‌کند. علاوه بر ROIS، سه دانشگاه و 19 شرکت برای توسعه مشترک پایگاه‌های اطلاعاتی دیگر با RadonPy برای کاربردهای مختلف در دانشگاه و صنعت همکاری می‌کنند.

این پروژه نقشه جهانی خواص مواد بسپاری را ایجاد خواهد کرد. چنین مشاهدات جامع را نمی توان تنها از طریق رویکردهای تجربی که مستلزم هزینه‌های قابل توجهی مانند سنتز مواد است، به دست آورد. این تحقیق اولین گام به سوی افق جدیدی از علم بسپار است.