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Apprentissage automatique en chimie et en science des matériaux Jean-Claude Crivello, ICMPE [email protected]

Apprentissage automatique en chimie et en science des

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Page 1: Apprentissage automatique en chimie et en science des

Apprentissage automatiqueen chimie et en science des matériaux

Jean-Claude Crivello, [email protected]

Page 2: Apprentissage automatique en chimie et en science des

Le «AI boom»

Turing test

1950

1956

« artificial intelligence »

1990

Convolutional Neural Networks 2012

Imagenet Challenge

1969

Minsky: Perceptron

1975

Moore’s law

now

2

Page 3: Apprentissage automatique en chimie et en science des

IA: vers un nouvel paradigme en chimie ?

3

Agrawal et al.

Perspective: Materials informatics and big

data: realization of the « fourth paradigm »

of science in materials science

APL Materials (2016)

TMS2019: « Computational Approaches for Big Data, Artificial Intelligence, machine learning »

Page 4: Apprentissage automatique en chimie et en science des

Disciplines privilégiées en 2020

4

Page 5: Apprentissage automatique en chimie et en science des

5

Découverte de nouvelles molécules - Représentation textuelle SMILE- Algorithmes dédiés au texte (NPL, GPT)- Théorie des graphes

Segler et al. ACS central science (2018)

Generating Focused Molecule Libraries for Drug

Discovery with Recurrent Neural Networks

Gomez-Bombarelli et al. ACS central science

(2018)

Automatic Chemical Design Using a Data-Driven

Continuous Representation of Molecules

Page 6: Apprentissage automatique en chimie et en science des

6

Du Materials Genome Initiative au Machine Learning

N. Nosenko. Nature (2016)

The material code

Jha, Wolverton, Agrawal et al. Scientific report (2018)

ElemNet: Deep Learning the Chemistry of Materials From

Only Elemental Composition

Page 7: Apprentissage automatique en chimie et en science des

Exemples d’applications de l’IA en chimie

7

• Data-mining algorithmsHigh-throughput screening, combinatory analyze, …

Levy, Hart, Curtarolo.

Phy Rev B (2010)

Structure maps for hcp metals

from first-principles calculations

http://aflowlib.org/

Page 8: Apprentissage automatique en chimie et en science des

8

• Data-mining algorithms

• Optimization algorithmsGenetic algorithm, Evolutionary methods …

Initial population

selection reproduction mutationEvaluate new

candidates

Wang, Umezawa, Hosono.

Advanced Energy Materials

(2016)

Mixed Valence Tin Oxides as

Novel van der Waals Materials.

Exemples d’applications de l’IA en chimie

Page 9: Apprentissage automatique en chimie et en science des

9

• Data-mining algorithms

• Optimization algorithms

• Machine learning algorithms (ML)- Unsupervised learning (clustering)

- Reinforcement learning

- Supervised learning

Exemples d’applications de l’IA en chimie

Page 10: Apprentissage automatique en chimie et en science des

Exemples d’applications de l’IA en chimie

10

(i) Quantitative variable

→ Regression algorithms• Linear, non-linear

xxx

xx

xxx

xx

xx

Meredig, Wolverton et al.

Phy Rev B (2014)

Combinatorial screening

for new materials in

unconstrained composition

space with machine

learning

Page 11: Apprentissage automatique en chimie et en science des

Exemples d’applications de l’IA en chimie

11

(ii) Qualitative variable

→ Classification algorithms• Decision tree, random forests

Graser, Sparks et al.

Chem Mater (2018)

Machine Learning and

Energy Minimization

Approaches for Crystal

Structure Predictions: A

Review and New

Horizons

Page 12: Apprentissage automatique en chimie et en science des

Global methods

12

Kim, Saunders, Ceder, Olivetti et al. Chemistry of

materials (2017)

Materials synthesis insights from scientific literature

via text extraction and machine learning

Page 13: Apprentissage automatique en chimie et en science des

Génération de phases solides

13

Nouira et al., AAAI-Make, Stanford (2019), CrystalGAN

Page 14: Apprentissage automatique en chimie et en science des

L’IA : une science interdisciplinaire

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Computer Science

Math &Statistics

Domain expertise:

eg chemistry

DataScience

Softwaredeveloppement

Modeling &Data analysis

Machine learning

→ Création d’un GDR IAMAT