Differentiable graph-structured models for inverse design of lattice materials

要約

タイトル: 格子状材料の逆設計のための微分可能グラフ構造モデル
要約:
– 柔軟な物理化学プロパティを持ち、深宇宙の過酷な環境条件に対応する必要がある材料は、宇宙探査の将来を定義する上で必須となります。
– 環境に特化した材料の設計へのアイデアとして、自然界に見られる複雑なマイクロアーキテクチャーや格子構造がありますが、これらの不規則なトポロジーをカバーする設計空間は、解析的に調査するのが困難です。
– このため、ほとんどの合成格子材料は、これまで周期構造に基づいてきました。
– そこで、私たちは、正規的・不規則な格子材料の両方に対して、グラフ表現を使用する計算アプローチを提案しています。
– 私たちの手法は、微分可能なメッセージパッシングアルゴリズムを使用して、機械的特性を計算するため、自動微分を使用して、個々の格子要素の幾何学的構造と属性を調整し、所望の特性を持つ材料を設計することができます。
– 導入された方法論は、他の種類の材料を含む、異種グラフとして表せるすべてのシステムに適用可能です。

要約(オリジナル)

Materials possessing flexible physico-chemical properties that adapt on-demand to the hostile environmental conditions of deep space will become essential in defining the future of space exploration. A promising venue for inspiration towards the design of environment-specific materials is in the intricate micro-architectures and lattice geometry found throughout nature. However, the immense design space covered by such irregular topologies is challenging to probe analytically. For this reason, most synthetic lattice materials have to date been based on periodic architectures instead. Here, we propose a computational approach using a graph representation for both regular and irregular lattice materials. Our method uses differentiable message passing algorithms to calculate mechanical properties, and therefore allows using automatic differentiation to adjust both the geometric structure and attributes of individual lattice elements to design materials with desired properties. The introduced methodology is applicable to any system representable as a heterogeneous graph, including other types of materials.

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