AIによる物性推算

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本セミナーでは、機械学習を活用した物性推算の限界要因を体系的に整理した上で、Physics-Informed Neural Network (PINN) や従来の物性推算式・熱力学モデルとのハイブリッド手法により、これらの課題を克服・超越するアプローチを紹介いたします。
また、グラフ畳み込みネットワーク (GCN) による分子構造表現、SMILES文字列をシーケンスとして扱うTransformerベースモデルがもたらすAI独自の強みを活かした最新の物性予測手法を解説いたします。

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プログラム

近年、機械学習を活用した物性推算は、分子設計・プロセス最適化の加速ツールとして注目を集めている。しかし、化学工学分野特有のデータ希少性、物理法則の厳密性、外挿予測の困難さから、純粋データ駆動アプローチの適用限界が指摘されてきた。  本講座では、まずこれらの限界要因を体系的に整理した上で、Physics-Informed Neural Network (PINN) や従来の物性推算式・熱力学モデルとのハイブリッド手法により、これらの課題を克服・超越するアプローチを紹介する。さらに、グラフ畳み込みネットワーク (GCN) による分子構造表現、SMILES文字列をシーケンスとして扱うTransformerベースモデルがもたらすAI独自の強みを活かした最新の物性予測手法を概観する。  さらに、Explainable AI (XAI) によるモデル信頼性向上、AIを前提とした自動物性測定システム、プラントビッグデータとラボデータのマルチフィデリティ学習といった展望を議論し、AI×物性推算の持続的発展に向けた方向性を提示する。

  1. 導入
    1. 化学工学における物性推算の位置づけと従来手法の限界
    2. AI・機械学習の基本と物性推算への適用可能性
    3. 「AIは物性推算に向いていない」と言われる主な理由
  2. それでも広がるAI物性推算の現実
    1. 新規化合物に対する物性予測モデル
    2. 未測定条件での物性予測モデル
  3. AIを活用した物性推算
    1. Physics-Informedニューラルネットワーク
    2. 従来物性推算式・熱力学モデルとの融合
  4. AIアーキテクチャがもたらす「従来では不可能だった」物性推算
    1. 分子・結晶グラフを扱うGCN/GNN
    2. 空間情報・局所構造を捉えるCNN
    3. SMILESをテキストシーケンスとして扱うTransformer
  5. AI×物性推算の今後と展望
    1. XAIによる予測の解釈性向上と理論的信頼性強化
    2. AI前提の自動実験システム
    3. プラントビッグデータとラボスケールデータの統合

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