Determining usefulness of machine learning in materials discovery using simulated research landscapes

文献情報

出版日 2021-05-28
DOI 10.1039/D1CP01761F
インパクトファクター 3.676
著者

Marcos del Cueto, Alessandro Troisi


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要旨

When existing experimental data are combined with machine learning (ML) to predict the performance of new materials, the data acquisition bias determines ML usefulness and the prediction accuracy. In this context, the following two conditions are highly common: (i) constructing new unbiased data sets is too expensive and the global knowledge effectively does not change by performing a limited number of novel measurements; (ii) the performance of the material depends on a limited number of physical parameters, much smaller than the range of variables that can be changed, albeit such parameters are unknown or not measurable. To determine the usefulness of ML under these conditions, we introduce the concept of simulated research landscapes, which describe how datasets of arbitrary complexity evolve over time. Simulated research landscapes allow us to use different discovery strategies to compare standard materials exploration with ML-guided explorations, i.e. we can measure quantitatively the benefit of using a specific ML model. We show that there is a window of opportunity to obtain a significant benefit from ML-guided strategies. The adoption of ML can take place too soon (not enough information to find patterns) or too late (dense datasets only allow for negligible ML benefit), and the adoption of ML can even slow down the discovery process in some cases. We offer a qualitative guide on when ML can accelerate the discovery of new best-performing materials in a field under specific conditions. The answer in each case depends on factors like data dimensionality, corrugation and data collection strategy. We consider how these factors may affect the ML prediction capabilities and discuss some general trends.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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