マテリアルズ・インフォマティクスの展望と導入に向けたポイント

第1部 明日から使えるマテリアルズ・インフォマティクス

(10:00～11:30)

　近年「マテリアルズ・インフォマティックス」というキーワードがよく使われていますが、その本質や概念等に関してはよくわからないという方が多いかと思います。 マテリアルズ・インフォマティックスは計算化学や人工知能といった一見難しそうな技術の塊のように思われますが、実はそれほど難しいものではありません。 　本講演では難しい計算式等は一切使用することなく、マテリアルズ・インフォマティックスの概念や応用分野について説明いたします。

1. マテリアルズ・インフォマティックスの考え方
   1. インフォマティックスって何?
   2. 色々とあるインフォティックス
2. MIを支える知識機械学習
   1. 機械学習
   2. 人工知能と機械学習、深層学習とMIとの関わり
   3. 第一原理計算って何?
   4. 第一原理計算の種類
   5. 第一原理計算からわかる事、わからない事
3. 海外および日本の取り組み
   1. 米国の事例
   2. 欧州の事例
   3. 日本の事例
• 質疑応答

第2部 スパースモデリングによる 物質・材料設計のための基盤技術の構築

(12:10〜13:40)

　科学をAIの力で加速するAI for ScienceがAIの研究の重要課題の一つである。その主要ターゲットの一つが物質科学であり、本講演ではAI for Scienceのアプ ローチの一つであるデータ駆動科学の基礎技術として、スパースモデリングにつ いて紹介する。 　スパースモデリングは、大量の高次元データから恣意性なしにそ のデータの背後にある仮説 (モデル) を系統的に導くデータ解析を可能にし、2000 年代より爆発的に応用が進んでいる統計学/機械学習の枠組みである。物質・材料におけるスパースモデリングの応用事例しながら、具体的に、どのように物質・ 材料開発へ展開することが可能かを講演する。

1. スパースモデリングの基礎
   1. データ駆動科学とスパースモデリング
   2. スパースモデリングの基礎
   3. スパースモデリングの2つの戦略 (全状態探索法とLASSOを例に)
2. SpMの材料・デバイス開発への適用例
   1. 蓄電池電解液の材料探索へのスパースモデリング解析
      1. 線形回帰を用いた全状態探索法による解析
      2. ガウス過程回帰を用いた全状態探索法による解析
   2. 高収率なナノシート合成を実現のためのスパースモデリング解析
3. スパースモデリングによる物質・材料開発への今後の展開について
• 質疑応答

第3部 マテリアルズ・インフォマティクスを活用した事例と材料設計の展望

(13:50〜15:20)

　近年、各所で“Materials Informatics (以下、MI) ”が取り沙汰されている。 MIは米国のMaterials Genome Initiativeを発端に世界中に広がった材料開発の新たな流れであり、 材料科学とデータ科学の融合によって材料開発から実用化に要する時間・コストを大幅に削減しようという試みである。 　本講演ではMIの最新動向として、各種材料における活用事例や世界中で整備が進められているデータベースの紹介に加え、今後の更なる活用に向けた課題・展望を紹介する。

1. マテリアルズ・インフォマティクス
   1. マテリアルズ・インフォマティクスとは
   2. 日本における取組状況
   3. 諸外国における取組状況
2. 材料データベース
   1. 各国における材料データベースの整備状況
   2. 代表的なデータベース
3. マテリアルズ・インフォマティクスの活用事例
   1. 無機材料における活用事例
   2. 有機材料における活用事例
4. マテリアルズ・インフォマティクスを活用した (高分子) 材料設計に向けて
   1. 高分子材料設計への適用の難しさ
   2. 企業での活用に向けた課題
   3. 今後の展望
• 質疑応答

第4部 物質の階層構造を考慮した 第一原理マテリアルズ・インフォマティクス

(15:30〜17:00)

　マテリアルズ・インフォマティクスへの期待が高まっています。しかし、材料設計のための化学実験データの数は、その特性上、所謂ビッグデータにはなり得ません。即ち、適切な精度と効率を持った理論的手法を援用しつつ、マテリアルズ・インフォマティクスを推進していく必要があります。 　本講座では、講師自身が現在行っている機能性液体のマテリアルズ・インフォマティクス研究と、そこに至るまでに行った第一原理分子シミュレーションによる研究について、そのヒストリーを遡って紹介します。量子化学・分子動力学を基盤とした理論化学者の視点からマテリアルズ・インフォマティクスの展望についてディスカッションします。

1. 何故、今、マテリアルズ・インフォマティクスか
2. 理論物理化学 (量子化学・分子動力学) から MI へ
3. 機能性液体のマテリアルズ・インフォマティクス
4. マテリアルズ・インフォマティクスの今後の展望
• 質疑応答