杜克科研課題

利用機(jī)器學(xué)習(xí)的納米材料合成預(yù)測(cè)

課題簡(jiǎn)介

納米材料，即在三維空間中至少一個(gè)維度的尺寸小于100納米的先進(jìn)材料。在納米尺度下，量子限域效應(yīng)以及表面效應(yīng)廣泛存在，因此，納米材料具有特殊而優(yōu)異的光、電、磁等性質(zhì)。但是因其性質(zhì)對(duì)于尺寸和形狀的敏感性，在合成階段對(duì)于納米材料尺寸和形狀的控制顯得至關(guān)重要。然而，由于化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性，研究人員往往只能對(duì)納米材料的尺寸進(jìn)行粗糙的控制。

本課題旨在利用近年來(lái)快速發(fā)展的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)納米材料的合成進(jìn)行預(yù)測(cè)。輸入反應(yīng)物濃度、pH值、溫度等基本的反應(yīng)條件后，利用訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)矩陣進(jìn)行處理并輸出反應(yīng)產(chǎn)物的形貌，實(shí)現(xiàn)對(duì)于特定尺寸和形貌的納米材料的精確合成。

 

科研方法

AI+X數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型科研

AI＋X數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型科研是指使用人工智能（AI）算法，收集、處理、分析具體學(xué)科（X）的海量數(shù)據(jù)，并基于此進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而獲得科學(xué)發(fā)現(xiàn)的研究方法。與傳統(tǒng)的、基于實(shí)驗(yàn)或邏輯推理的研究方式相比，AI＋X數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型科研可以借助AI算法強(qiáng)大的運(yùn)算能力，高效地進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，具有投入產(chǎn)出比高、適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。

AI＋X數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型科研已被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，利用AI算法研究基因數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行早期的癌癥篩查便是其中一例。基因組與癌癥病患的數(shù)據(jù)千千萬(wàn)萬(wàn)，使用傳統(tǒng)的科研方式對(duì)其進(jìn)行分析，工程量大、過(guò)程繁瑣，在客觀上難以實(shí)現(xiàn)。但借助AI算法這一便捷的工具，生命科學(xué)家便能夠以海量的患者的遺傳信息為基礎(chǔ)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，與過(guò)往的研究成果進(jìn)行對(duì)照，快速、準(zhǔn)確地在兩者中發(fā)現(xiàn)規(guī)律、建立聯(lián)系，從而使癌癥診斷的“標(biāo)準(zhǔn)化”成為可能。

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課題要求

本課題適合： 9-12 年級(jí)學(xué)生，有較強(qiáng)的邏輯思維和抽象思維能力

1. 英文：
（1）具備基本的學(xué)術(shù)英語(yǔ)閱讀能力；
（2）接觸過(guò)英文寫作，有論文寫作經(jīng)驗(yàn)者更佳；

 

2. 數(shù)學(xué)：
（1）對(duì)數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和概念有一定的認(rèn)識(shí)

 

3. 計(jì)算機(jī)：
（1）Python 編程基礎(chǔ)
（2）以Pybrain庫(kù)為主的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)

 

4. 物理與化學(xué)
（1）對(duì)物理和化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和概念有一定的認(rèn)識(shí)