科学技術は人類と地球の未来を救う!最新の技術情報を分類し提供する総合サイト。シミュレーター公開担当:u2m-sim-ml*aist.go.jp(*を@に変更して送信下さい。今回のマルチスケールシミュレーター群は、機能性材料に対する理論や手法に基づく計算シミュレーターの開発、拡張、連携により作成され、有機・高分子系の機能性材料を主な対象とする、九つのマルチスケールシミュレーターから構成される。このマルチスケールシミュレーター群とあわせてAI技術やデータ科学を活用することにより、国内産業の材料開発期間が大幅に短縮されると期待される。シミュレーター公開説明会」で発表される。日本が材料分野での高い競争力を今後も維持・強化していくには、新しい機能性材料を次々に創出していくことが必要である。これまでの材料開発では、技術者が「経験と勘」に基づいて仮説を立て、実験による検証を繰り返すことで最適な構造や組成を求めてきた。この方法では製品化までに非常に長い時間と高いコストがかかる場合が多い。計算科学やシミュレーションによる分子設計や材料設計は、医薬、無機材料などさまざまな分野で、新たな創薬基盤や機能材料創成などのために精力的に研究開発されてきた。分子構造だけでは表せないマルチスケールの多階層構造を持ち、それが材料機能を大きく左右するため、計算シミュレーションのアプローチは未確立で、新たなアプローチが望まれていた。産総研は、原子・分子からマクロ構造までを俯瞰(ふかん)するマルチスケールシミュレーションの実現を目指し、高効率に機能性材料を設計するための基盤技術の研究開発を行ってきた。高速化に取り組み、本開発でも支援を受けた。プロジェクト前半では、革新的な材料開発基盤の構築に取り組んでおり、その一環としてマルチスケールシミュレーションシステムを開発することとした。構造から機能・物性を予測する。計算シミュレーションの対象となる空間スケールや時間スケールが広範にわたり、予測する機能や物性も多様であり、分子スケールから部材スケールに至る一連の材料開発を一つの計算シミュレーターではカバーできない。シミュレーション、流体解析などの計算シミュレーターを幅広く用いる必要がある。そこで、国内の大学、研究機関や国家プロジェクトで開発された計算シミュレーターを有効活用するため、共同研究により(注1)、これらのシミュレーターの高速化や、目的に応じた機能拡張を行った。新たに開発した計算シミュレーターを加えて、九つの機能別計算シミュレーターからなるマルチスケールシミュレーター群を開発した(図1)。ナノカーボン材料」などへの適用を想定しており、汎用(はんよう)性に優れる。既存のシミュレーターでは困難であった機能・物性の予測も実現した。今回開発した計算シミュレーターはすべて公開する。マルチスケールシミュレーター群により材料の組成・構造から機能・物性を予測すると、飛躍的に実験数を削減でき、材料設計開発を加速できると期待される。第一原理計算により電気や光などのキャリア輸送特性の予測機能を持つCONQUESTを拡張した。μmスケールという大規模なチャネル材料を含んだデバイス系の電圧-電流特性の予測や、ナノ粒子の光学特性の予測が初めて可能になった。Expressoと第一原理-古典力学ハイブリッドシミュレーターHybrideQMCLを拡張した。電気化学反応や、金属-有機分子接触面にマクロなずり応力を与える機能などを追加した。古典的なボルツマン輸送方程式を、モンテカルロ法により解き、電界に対するドリフト速度(電場の方向または逆方向への移動速度)などの電荷の担体(キャリア)の輸送パラメーターを求めることができるシミュレーターとして開発した。第一原理計算シミュレーターOpenMXを拡張した。誘電率は物質中の電子の状態が寄与する性質であるが、応答の時間的なずれを考慮した複素誘電関数や、光が寄与する光学伝導率の高速計算を初めて可能にした。古典分子動力学シミュレーターOCTA/COGNACとLammpsを拡張した。一定電圧下での分子動力学/粗視化分子動力学の計算ができる。加えて液晶エラストマー(ゴム弾性と液晶性を併せ持つ高分子)など、メソゲン(液晶性を発現させる剛直な構造)を持つ高分子鎖の粗視化分子動力学に対応した機能を追加し、定電圧をかける機能と合わせて、電歪挙動(物質への外部電界によって生じる機械的なひずみ、電気ひずみともいう)の解析などができる。汎用インターフェース(拡張OCTA)OCTAのインターフェース機能を元に、グラフィカル・ユーザー・インターフェースの機能拡張や、画像解析ツール、AI連携ツールを新たに追加し、実験データ、シミュレーションデータを用いたAI解析が容易に行える。フィラー充塡(じゅうてん)系コンポジットシミュレーターコロイド分散系(均質な媒体にナノメートルサイズの微粒子や巨大分子が分散している状態)シミュレーターKAPSELを、フィラー充填系ポリマーコンポジット(高分子に無機粒子(フィラー)を混ぜ込んだ複合材料)を取り扱えるように拡張した。せん断流動下での凝集フィラー解砕挙動や、フィラー充填系ポリマーブレンド(複数の高分子を混合した材料)の相分離などを扱える。ナノカーボンコンポジット用シミュレーターカーボンナノチューブ、グラフェンなどのナノカーボンと高分子との相互作用を考慮したコンポジット用シミュレーションの機能に加えて、Pythonスクリプト言語による機械学習へのデータ提供を容易にした。有限要素法を用い、素反応機構を考慮した複雑形状に適用できるように開発した。熱と化学反応を伴う現象や多孔質構造を考慮した連続体モデルの流体シミュレーションを行える。今後は共同研究者とともに、開発・公開したマルチスケールシミュレーター群の維持・管理を行う。産業界で幅広く活用されるよう委託研究や共同研究などによるサポートを進め、国内産業の材料開発に貢献していく。)を用いて、目的に応じた学習セットを構築し、機能・物性予測の速度向上と最適化による材料開発期間短縮につながる環境を構築していく。構成する各元素の種類と、計算対象の構造だけを入力パラメーターとし、調整パラメーターや実験結果を用いないで、シュレディンガー方程式などに基づく基礎方程式を数値的に解いて、計算対象の電子状態を求める計算方法。シミュレーション手法のひとつ。原子に働く力に基づき、運動方程式を解いて分子のダイナミクスをシミュレーションする。◆粗視化シミュレーション対象を粗く見たモデルによるシミュレーション。分子シミュレーションの場合、複数の原子を一つの単位(粗視化単位)として取り扱うモデルを用いる。◆キャリア電気や光を運ぶための担体。電気のキャリアとしては電子やイオンがあげられる。◆チャネル材料デバイスの配線電極間に配置され、電子などのキャリアが流れる部分の材料。◆ボルツマン輸送方程式キャリアの輸送現象を表す方程式。キャリアを粒子とし、キャリア間の衝突なども考慮しながら、その位置と速度に関する分布関数の時間変化を計算する。◆モンテカルロ法ある過程を予測する際に、現象を記述する方程式を直接解く代わりに、乱数で事象の発生を確率的に取り扱い、多数のシミュレーションを実行して近似解を得る方法の総称。ボルツマン輸送方程式を扱う時にも、キャリア間の衝突に対してモンテカルロ法がよく用いられる。名古屋大学教授(当時))により開発された高分子材料の汎用シミュレーションソフトウエアである。現在もOCTAユーザーズグループの手により公開されており(http://octa.jp/)多くのユーザーが利用している。モデルの数値解析手法の一つ。連続体を小領域(要素)に分割し解く方法。有限差分法に対して要素形状に任意性を持たせることができる。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。コメントデータの処理方法の詳細はこちらをご覧ください。新しい機能性ポリマーの開発に成功-さまざまな環境で自己修復できる実用材料の開発に期待-光のエネルギーを蓄えられる物質を発見しました。テック・アイ技術情報研究所.。