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在材料信息学中掌握机器学习(ML)与实验设计(DOE)的力量

December 27, 2024
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在不断演变的材料研究领域,有两种方法因其变革性潜力而尤为突出:机器学习(ML)与实验设计(DOE)。它们正通过创新路径重新定义研发中的问题解决方式,推动发现与开发的加速。

在材料研发不断演进的格局中,机器学习(ML)与试验设计(DOE)正释放颠覆性潜力

在材料研究的变革进程中,有两种方法因其革新性而脱颖而出:机器学习(Machine Learning, ML)试验设计(Design of Experiments, DOE)。它们正重新定义研发的问题解决方式,为材料发现与开发开辟全新路径。
本文将深入解析这两种方法的基本原理、优势与局限,并阐明 Polymerize 如何通过集成技术推动它们的发展。
 

机器学习:以数据驱动研发新范式

作为现代材料信息学的核心支柱,机器学习借助人工智能驱动的预测与数据效率,大幅加快了材料开发的节奏。它通过高级数据分析工具生成创新洞察与预测结果,减少对大量实体实验的依赖。
  • 处理海量数据的能力:ML 擅长高效处理庞大数据集,挖掘出难以凭经验发现的规律与模式。
  • 精准优化能力:通过数据内插与外推,ML 实现最小实验量下的配方与工艺最优化。
  • 引导创新突破:基于数据中的变异性,ML 能预测新材料方向,为研发提供前瞻性指引。
尽管机器学习在历史数据丰富的环境中表现出色,但在数据量不足或缺乏多样性时,其预测效果可能受限。
 

试验设计:结构化与可解释性兼具

试验设计(DOE)是一种结构化的研发方法,用于规划、执行、分析和解释受控实验。它被广泛用于评估各种因子对材料性能的影响。
  • 统计显著性强:DOE 能深入理解多个因素之间的交互作用,量化其对材料性能的影响。
  • 因果关系清晰:通过系统性设计实验,DOE 揭示不同变量组合对最终结果的影响机制。
  • 节省资源:相比传统方法,DOE 可通过更少的实验获得更具代表性的结论,节省时间与成本。
但传统的 DOE 通常需要专业知识才能进行分析与解读,且过程复杂、耗时。
 

Polymerize:融合两种方法的创新实践者

为了解决 ML 与 DOE 各自的局限,Polymerize 通过 AI 驱动的工具,将两者有机整合,实现了方法层面的跨越式创新。
  • 复杂过程自动化:我们的 AI 工具自动执行 DOE 结果的分析与解读,大幅降低专业门槛,缩短研发周期。
  • 构建多样化数据库:通过 DOE 引入广泛变量组合,Polymerize 构建了兼具深度与广度的历史数据库,为 ML 模型提供强大训练基础。
  • 提升效率与精度:相比传统的“单变量法”(OVAT),这一融合方式将研发效率提升至 10 倍以上,预测精度达 95%
通过这种高度协同的整合方式,Polymerize 不仅释放了 ML 与 DOE 各自的优势,还克服了它们原有的弱点,成为材料信息学领域的领导者。
 

结语:用数据推动未来材料科学

借助这两大方法的深度融合,Polymerize 正构建一个更加高效、精准、创新的研发环境。我们助力材料科学家以数据为驱动,持续实现精准突破,在激烈竞争中占据领先优势。
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Kate Hu

市场营销经理
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