米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）功能材料计算设计研究中心[研究中心主任浅井义博]与先进材料快速开发技术研究会[小静邦宏会长]（以下简称“ADMAT”）正在共同进行新能源与产业技术综合开发机构[会长石冢弘明]（以下简称“ADMAT”）的超先进材料超高速开发基础技术项目[项目负责人村山信光（AIST）]作为“NEDO”）。 （材料化学处处长/处长）]将开发一批多尺度模拟器，作为支持创新功能材料开发的技术核心，并将向公众开放（负责模拟器发布的项目秘书处：u2m-sim-ml*aistgojp（发送前请将*改为@））。
这个多尺度模拟器组是通过基于功能材料理论和方法的计算模拟器的开发、扩展和协作创建的，由九个主要针对有机和聚合功能材料的多尺度模拟器组成。通过利用人工智能技术和数据科学与这个多尺度模拟器组相结合，预计国内工业的材料开发周期将大大缩短。
详细信息将于 2019 年 4 月 12 日在 AIST 海滨城市中心（东京都江东区）举行的“超先进材料超快速开发基础技术项目模拟器公开发布会”上公布。
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| 多尺度仿真系统应用实例 |
日本为了继续保持和加强其在材料领域的高竞争力，需要不断创造新的功能材料。迄今为止，在材料开发中，工程师们都是基于“经验和直觉”提出假设，并通过实验反复验证，以找到最佳的结构和成分。然而，这种方法通常需要很长的时间和很高的成本才能将产品商业化。
另一方面，利用计算科学和模拟的分子设计和材料设计在医学和无机材料等各个领域得到了积极的研究和开发，以创建新的药物发现平台和功能材料。然而，有机和高分子材料具有多尺度、多层次的结构，不能仅用分子结构来表达，这极大地影响材料的功能，因此尚未建立计算模拟方法，并且需要一种新的方法。
AIST 一直致力于功能材料高效设计的基础技术的研究和开发，旨在实现多尺度模拟，提供从原子、分子到宏观结构的鸟瞰图。由于与传统的实验方法相比，原型的数量和开发周期可以显着缩短，我们的目标是将这些结果与最新的人工智能技术相结合，创建一种开发有机和聚合物材料的创新方法。此外，ADMAT和AIST在NEDO委托项目“超先进材料的超高速开发基础技术项目”（2016-2021）下致力于通过计算、加工和测量三位一体加速有机和聚合功能材料的开发，并获得了对此开发的支持。特别是，在项目的前半部分，我们正在致力于构建一个创新材料开发平台，作为其中的一部分，我们决定开发一个多尺度模拟系统。
新开发的多尺度模拟器组可根据有机和聚合物材料的结构预测其功能和物理性质。计算模拟所针对的时空尺度广泛，需要预测的功能和物理性质也多种多样，使得单一的计算模拟器不可能涵盖从分子尺度到组件尺度的材料发展的整个范围。因此，第一性原理计算来自分子动力学、粗粒度模拟，需要使用流体分析等多种计算模拟器。因此，为了有效利用国内大学、研究所和国家项目开发的计算模拟器，我们进行了联合研究（注1），以加快这些模拟器的速度并扩展其功能以适应其用途。此外，通过添加新开发的计算模拟器，我们开发了由九个功能计算模拟器组成的多尺度模拟器组（图1）。特别是，本次开发的模拟器组以有机高分子功能材料为主要对象，有望应用于“半导体材料”、“高性能介电材料”、“高性能高分子材料”、“功能性化学产品”、“纳米碳材料”等领域，通用性很强。它还使得预测功能和物理特性成为可能，而这对于现有模拟器来说是困难的。
此外，本次开发的所有计算模拟器都将公开。使用一组多尺度模拟器根据材料的成分和结构来预测材料的功能和物理特性，预计将大大减少实验数量并加速材料设计和开发。
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| 图1开发的模拟器组和假设的适用材料 |
即将发布的模拟器摘要：
- 电、光等职业生涯交通模拟器
我们扩展了 CONQUEST，它能够使用第一原理计算来预测载流子输运特性，例如电和光。 1微米尺度频道素材的设备系统的电压-电流特性。以及纳米粒子的光学特性。
- 界面原子动力学和反应模拟器
第一性原理计算模拟器量子浓缩咖啡并扩展了第一性原理经典力学混合模拟器HybridQMCL。新增功能包括固液界面（固体和液体之间的接触面）的化学反应、电极表面的电化学反应以及对金属有机分子界面施加宏观剪切应力的功能。
- 蒙特卡罗全频段设备模拟器
经典玻尔兹曼输运方程,蒙特卡罗方法解决问题并确定电荷载流子的传输参数，例如相对于电场的漂移速度（沿电场方向或相反方向的移动速度）。
- 外部场响应物理特性模拟器，例如介电常数
扩展了第一性原理计算模拟器 OpenMX。例如，介电常数是材料中电子状态所贡献的一种特性，并且我们第一次可以快速计算复杂的介电函数，该函数考虑了响应的时间滞后以及光所贡献的光导率。它可以应用于广泛的物质，包括有机和无机物质。
- 施加电压的粗粒度分子动力学模拟器
经典分子动力学模拟器OCTA/扩展干邑白兰地和兰姆酒。可以计算恒压下的分子动力学/粗粒度分子动力学。此外，我们还添加了支持液晶弹性体（同时具有橡胶弹性和液晶性的聚合物分子）等介晶（表现出液晶性的刚性结构）聚合物链的粗粒分子动力学的功能，并与施加恒定电压的功能相结合，可以分析电致伸缩行为（由施加到材料的外部电场引起的机械应变，也称为电致伸缩）。
- 通用接口（扩展 OCTA）
基于 OCTA 的界面功能，我们扩展了图形用户界面的功能，添加了新的图像分析工具和 AI 协作工具，可以更轻松地利用实验数据和模拟数据进行 AI 分析。
- 填充复合材料模拟器
胶体分散系统（纳米级颗粒和大分子分散在均匀介质中的状态）模拟器KAPSEL已扩展到处理填充填料的聚合物复合材料（其中无机颗粒（填料）与聚合物混合的复合材料）。它可以处理附聚填料在剪切流下的崩解行为以及填料填充的聚合物共混物（多种聚合物的混合物的材料）的相分离。
- 纳米碳复合材料模拟器
除了考虑碳纳米管和石墨烯等纳米碳与聚合物之间相互作用的复合模拟功能Python 脚本语言使向机器学习提供数据变得更加容易。
- 反应流体模拟器
有限元法，我们开发了它，使其可以应用于考虑基本反应机制的复杂形状。您可以使用连续介质模型执行流体模拟，该模型考虑了涉及热和化学反应以及多孔结构的现象。
（注1）
作为项目分包商，我们与原始计算模拟器开发商所属的以下机构（排名不分先后）进行了联合研究：京都大学、东京大学、东北大学、名古屋工业大学、国立材料科学研究所
从现在开始，我将与我的合作者一起维护和管理我开发和发布的多尺度模拟器。此外，我们将继续支持国内工业材料的发展，通过合同研究和联合研究的方式提供支持，使其能够广泛应用于工业领域。此外，通过将模拟器的输出与从过程和测量中获得的大量数据相结合，我们将使用人工智能技术（深度学习、机器学习）构建适合目的的学习集，通过加速和优化功能和物理性能的预测来创建缩短材料开发周期的环境。