根據(jù)應(yīng)用環(huán)境需求，定制合金材料的成分及工藝，突破“試錯(cuò)法”高成本、低效率的材料設(shè)計(jì)瓶頸，是材料科學(xué)家的終極夢(mèng)想。近20年來，合金成分由單主元傳統(tǒng)合金發(fā)展到多主元高熵合金，極大拓展了合金的成分空間。

如何從近乎無限的成分空間中高效篩選出具有特定性能的合金成分，是材料研究者所面臨的巨大挑戰(zhàn)。近年來，機(jī)器學(xué)習(xí)在材料的成分篩選和性能優(yōu)化中的應(yīng)用發(fā)展迅速。中國(guó)科學(xué)院金屬研究所胡青苗研究員和楊銳研究員應(yīng)Science期刊邀請(qǐng)，發(fā)表了題為《對(duì)更好合金的無盡尋索》的述評(píng)文章，對(duì)利用機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行材料篩選的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了評(píng)論和展望。該述評(píng)文章于10月6日在線發(fā)表(Vol. 378, Issue 6615, pp. 26-27. )。 

機(jī)器學(xué)習(xí)方法一般利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)現(xiàn)有成分-性能數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，快速獲得成分–性能關(guān)系，進(jìn)而篩選出具有目標(biāo)性能的成分。機(jī)器學(xué)習(xí)的效率和精度依賴于用于訓(xùn)練的成分–性能數(shù)據(jù)集。

相對(duì)于近乎無限的成分空間，已有的成分–性能數(shù)據(jù)往往相當(dāng)稀少。因此，對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化和策略設(shè)計(jì)尤為重要。目前，機(jī)器學(xué)習(xí)方法在因瓦高熵合金、鐵電材料、壓電材料等的成分篩選中都有了較為成功的應(yīng)用范例。

特別是德國(guó)馬普學(xué)會(huì)鋼鐵研究所Dierk Raabe課題組在最近一期Science上發(fā)表的研究工作，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)、第一性原理及熱力學(xué)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，高效地從百萬種可能成分組合中篩選出17種Fe-Co-Cr-Ni及Fe-Co-Cr-Ni-Cu因瓦高熵合金。

述評(píng)文章指出，機(jī)器學(xué)習(xí)方法目前大多應(yīng)用于功能材料的篩選。原因是這類材料的目標(biāo)性能主要決定于材料成分，對(duì)顯微組織并不敏感。然而，結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能如強(qiáng)度、韌塑性等不僅受成分影響，且具有高度的顯微組織敏感性，而顯微組織又決定于合金成分及制備工藝，這使得結(jié)構(gòu)材料力學(xué)性能的影響因素錯(cuò)綜復(fù)雜。

另一方面，實(shí)際應(yīng)用中，往往同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)材料的多種性能有一定要求。這些因素大大增加了機(jī)器學(xué)習(xí)在結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)中應(yīng)用的難度。 文章最后總結(jié)，隨著機(jī)器學(xué)習(xí)算法的發(fā)展、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累以及對(duì)成分–工藝–組織–性能關(guān)系機(jī)理理解的深化，有望實(shí)現(xiàn)面向指定性能需求的定制化材料成分及工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)。