В Казанском федеральном университете учёные разработали программу для определения физико-механических свойств жидких и твёрдых многокомпонентных материалов.

Программа представляет собой вычислительный комплекс из модулей, который создали профессор Анатолий Мокшин и доцент Булат Галимзянов. Один из модулей обучает и тестирует нейронные сети на основе данных о свойствах известных расплавов и твёрдых веществ.

Профессор Анатолий Мокшин рассказал, что данные для обучения берутся из информационной платформы ITPhyMS. Она содержит актуальную информацию о физических свойствах материалов различного состава.

Во втором модуле обученные нейронные сети применяются для определения физико-механических свойств веществ определённого состава. Можно определить такие физические характеристики, как константы жёсткости, предел прочности, температура плавления, температура аморфизации и др. Пользователь вычислительной программы может самостоятельно формировать состав вещества: выбирать химические элементы и задавать их концентрации.

В третьем модуле программа определяет состав вещества с нужными физико-механическими характеристиками. Это позволяет работать с ещё не синтезированными материалами, которые в будущем можно создать для конкретных целей.

Свойства химических элементов связаны между собой. Периодическая система Менделеева основана на взаимосвязи некоторых из них.

Например, чем больше зарядовое число химического элемента, тем больше масса и радиус его атома.

Сложнее определить соответствие между свойствами систем разных элементов, в которых элементы сочетаются в произвольных пропорциях. Примерами таких систем являются однородные расплавы и твёрдые вещества, состоящие из двух, трёх и более различных элементов, — отметил А. Мокшин.

Он также добавил, что физические свойства этой системы будут зависеть от свойств и концентрации её компонентов. А ещё у системы могут быть свои уникальные признаки. В этом случае сложно вывести соответствие между физическими характеристиками из основных принципов и представить его в виде формулы.

Задача может быть решена с помощью машинного обучения. Алгоритмы позволяют устанавливать соответствия на основе научных данных. Эта идея была реализована в оригинальном алгоритме, на основе которого создали компьютерную программу для определения свойств многокомпонентных материалов, — резюмировал учёный.

Разработанная компьютерная программа может быть полезна и в науке, и в промышленности.

Изначально её создавали для фундаментальных научных исследований — чтобы установить связь между физико-химическими свойствами чистых веществ и макроскопическими физико-механическими свойствами соединений из этих веществ. Поэтому результаты программы пригодятся в промышленности, где ищут перспективные материалы с уникальными свойствами.

Профессор Мокшин рассказал, что учёные с помощью разработанной компьютерной программы получили ряд научных результатов фундаментального характера. Они были опубликованы в таких высокорейтинговых научных журналах, как Scripta Materialia, PhysicaA, Metals, Crystals и Materials.