[發明專利]利用復雜數據處理來設計材料的配方

在審

• 申請號: 201880027080.6
• 申請日: 2018-02-26
• 公開（公告）號: CN110546478A
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: N·R·沃什伯恩;A·梅農;B·普佐斯;張昆
• 申請（專利權）人: 卡內基梅隆大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 11277 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 劉新宇<國際申請>=PCT/US2018

本發明提供了一種用于在設計材料的配方時處理數據記錄的數據處理系統。通過數據處理系統來檢索和處理多個數據記錄以識別用于優化的復雜系統響應的訓練集。數據處理系統識別用于改變系統響應的系統變量，識別用于確定系統響應的基礎物理相互作用，對用于探測物理變量的簡單模型系統進行模擬，建立用于使系統變量與基礎物理變量相關的參數化表達式，根據來自簡單模型系統的結果對復雜系統響應進行分解，將系統響應的回歸表達式重新參數化為基礎物理變量的函數，通過根據系統變量在系統響應的結果函數中搜索全局極大值或極小值來優化系統，并且測試模型預測和整合結果以經由機器學習來改進和改善算法。

優先權要求

根據美國法典第35條第119(e)款，本申請要求2017年6月14日提交的美國專利申請序列62/603,862和2017年2月24日提交的美國專利申請序列62/600,579的優先權，上述文獻的全部內容通過引用而全文并入于此。

技術領域

本文描述了用于復雜數據處理的系統，更特別地描述了利用復雜數據處理來設計材料配方、材料的組成和/或配方工藝的優化。

政府支持

本發明是根據美國國家科學基金會頒發的CBET 1510600、在政府支持下創造的。政府對于本發明享有一定權利。

背景技術

優化材料配方和工藝是制造業不可或缺的，但需要平衡化學和物理變量。傳統上，這是通過試錯調整現有的配方和工藝來實現的。

配方是化學物質的復雜的、多組分的混合物。示例包括涂料、個人護理產品、化妝品、洗滌劑和殺蟲劑。各化學物質在配方中執行特定功能，并且可以從具有類似功能的更廣泛的化學物質類別中選擇。示例是表面活性劑，其用于穩定混合物中的化學性質不同的相。非離子表面活性劑具有基于水溶性結構域(通常基于聚(乙二醇))和非極性結構域(通常基于線性烷烴)的結構，其包括烷基乙氧基化物(AE)類表面活性劑。改變各結構域的大小可能導致諸如表面張力或臨界膠束濃度等的物理特性以及配方中的功能的系統變化，但是很難直接預測這些影響，因為它們可能敏感地取決于配方中的其它組分。傳統上，配方設計使用先前的配方來指導其開發，或者涉及如下的迭代過程，其中在該迭代過程中，不同的化學物質以不同的濃度加入，以衡量其對于配方性能的影響。這里表明HML(層次機器學習)可以用于基于本構力和相互作用的知識來設計配方。

發明內容

本文獻描述了一種用于在設計材料的配方時處理數據記錄的數據處理系統，包括：硬件存儲裝置，用于存儲：多個第一數據記錄，其各自指定針對所述材料的組成的一個或多個性質的一個或多個響應；多個第二數據記錄，其各自指定一個或多個參數并且針對所述一個或多個參數中的各參數還包括具有一個或多個值的、用于指定用于將該參數分配至多個變量的映射函數的字段；多個第三數據記錄，其各自指定所述變量中至少之一；多個第四數據記錄，其各自指定i)在模擬中實現的至少兩個所選變量中的各所選變量的值、以及ii)從所述模擬輸出的至少一個參數的值，其中所述至少一個參數被分配至所述至少兩個所選變量中的各所選變量；一個或多個處理器，其被配置為進行包括以下各項的操作：從所述多個第四數據記錄中檢索用于指定在特定模擬中實現的至少兩個所選變量的特定值和從所述模擬輸出的至少一個參數的特定值的第四數據記錄；從所述多個第二數據記錄中檢索用于指定所輸出的至少一個參數的第二數據記錄；從所述多個第三數據記錄中檢索包括所述至少兩個所選變量中的、被分配至所輸出的至少一個參數的至少一個所選變量的第三數據記錄；利用表示所述第二數據記錄所指定的映射函數的給定字段來替換所述第二數據記錄中的給定字段的值，其中替換值基于所述第二數據記錄所指定的至少一個參數、所述第三數據記錄的至少兩個所選變量中至少之一、以及在所述特定模擬中實現的至少兩個所選變量的特定值和從所述第四數據記錄輸出的至少一個參數的特定值；基于所述第二數據記錄中的字段的替換值，確定針對所述材料的組成的一個或多個性質的更新響應；以及將針對所述材料的組成的各個性質的更新響應作為修改后的第一數據記錄集存儲在所述多個第一數據記錄中。