南卡羅萊納大學(xué)（the University of South Carolina）的博士生Laura Murdock展示了她根據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)生成的化學(xué)設(shè)計(jì)模型制成的聚合物薄膜。這種薄膜的性能優(yōu)于所有已知的用于分離二氧化碳和甲烷的薄膜，這表明機(jī)器學(xué)習(xí)可以幫助化學(xué)家更快地開(kāi)發(fā)新材料。

（圖片來(lái)源：Laura Murdock/南卡羅萊納大學(xué)）

南卡羅萊納大學(xué)（the University of South Carolina）和哥倫比亞大學(xué)（Columbia University）的科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種快速的方法來(lái)設(shè)計(jì)制造氣體過(guò)濾薄膜，這種過(guò)濾膜可以降低溫室氣體的排放量以及減少污染。

研究成果發(fā)布于《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上，這一新的研究方法將機(jī)器學(xué)習(xí)與合成化學(xué)相結(jié)合，以更快的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出新的氣體分離薄膜。最近的實(shí)驗(yàn)使用這一方法研制出一種新的材料，該材料的分離氣體能力比其他任何已知的過(guò)濾膜更好。

南卡羅萊納大學(xué)的化學(xué)教授Brian Benicewic說(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)可以徹底的改變新材料的設(shè)計(jì)和制造方法。

Benicewicz說(shuō):“這避免了不確定的工作以及效率很低的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和錯(cuò)誤工作。你不必去制作成百上千種不同材料來(lái)測(cè)試，現(xiàn)在你可以讓機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)代替這些工作，它可以縮小你的搜索范圍?！?/p>

Benicewicz和他在哥倫比亞大學(xué)的同事想要研究是否大數(shù)據(jù)可以設(shè)計(jì)出一種更有效的薄膜。

哥倫比亞大學(xué)的研究小組創(chuàng)建了一種可以分析現(xiàn)有薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和有效性的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)現(xiàn)有薄膜的“甲烷-二氧化碳”分離能力進(jìn)行分析。一旦該算法可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)給定薄膜的有效性，研究人員就可以轉(zhuǎn)向另一問(wèn)題：理想的氣體分離薄膜有怎樣的化學(xué)結(jié)構(gòu)？

哥倫比亞大學(xué)化學(xué)工程教授Sanat K. Kumar將他的機(jī)器學(xué)習(xí)算法與網(wǎng)飛公司（Netflix）的推薦電影算法進(jìn)行了比較。通過(guò)測(cè)試觀看者之前觀看以及喜歡的內(nèi)容，網(wǎng)飛公司首先確定了觀看者的喜好，然后找到可推薦的影片。Sanat K. Kumar教授的算法可以分析現(xiàn)有薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)，并能預(yù)測(cè)哪種結(jié)構(gòu)更有效。

計(jì)算機(jī)列出了100個(gè)可能超過(guò)當(dāng)前性能的材料假設(shè)。Benicewicz領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)合成化學(xué)研究小組確定了兩個(gè)可以合成的假定結(jié)構(gòu)。Laura Murdock是南卡萊羅納大學(xué)的化學(xué)博士，她制作了算法預(yù)測(cè)的聚合物并將其制成薄膜。

研究人員測(cè)試發(fā)現(xiàn)，這些薄膜的有效性接近計(jì)算機(jī)的預(yù)測(cè)，并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于假定的性能上限。

Murdock說(shuō)：“這些薄膜的效果要比之前制作的薄膜好的多，并且制作更加簡(jiǎn)單，有商業(yè)用途的潛力?！?/p>

將二氧化碳與甲烷分離的工藝在天然氣產(chǎn)業(yè)中有直接的應(yīng)用，因?yàn)楸仨氁獙⒍趸紡奶烊粴庵腥コ?，以防腐蝕管道。但Murdock說(shuō)，利用大數(shù)據(jù)來(lái)消除制膜過(guò)程中的不確定性引出了另一個(gè)問(wèn)題：“我們還可以將機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用到哪些聚合物材料上，并為各種應(yīng)用創(chuàng)造更好的材料？”

Benicewicz說(shuō)，機(jī)器學(xué)習(xí)可以幫助科學(xué)家設(shè)計(jì)新的可以從煤炭中分離出溫室氣體的薄膜，這有助于緩解氣候變化。

Kumar說(shuō)，這項(xiàng)研究為材料設(shè)計(jì)開(kāi)辟了一條新途徑，你只需要尋找材料中最符合你需求的部分，而不是測(cè)試針對(duì)特殊應(yīng)用的所有材料。當(dāng)你把最好的材料結(jié)合起來(lái)，你就有機(jī)會(huì)設(shè)計(jì)出更好的材料?！?/p>

翻譯：汪茹

審校：郝豪

引進(jìn)來(lái)源：南卡萊羅納大學(xué)

引進(jìn)鏈接：https://phys.org/news/2020-05-big-synthetic-chemistry-climate-pollution.html

關(guān)注【深圳科普】微信公眾號(hào)，在對(duì)話框：
回復(fù)【最新活動(dòng)】，了解近期科普活動(dòng)
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動(dòng)
回復(fù)【研學(xué)營(yíng)】，了解最新科普研學(xué)營(yíng)
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書(shū)籍】，了解最新科普書(shū)籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】，了解最新團(tuán)體定制活動(dòng)
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥(niǎo)知識(shí)】，學(xué)習(xí)觀鳥(niǎo)相關(guān)科普知識(shí)
回復(fù)【博物學(xué)院】，了解更多博物學(xué)院活動(dòng)詳情
?