Discovering mechanisms for materials microstructure optimization via reinforcement learning of a generative model

强化学习 生成语法 计算机科学 钢筋 Curl(编程语言) 人工智能 材料科学 复合材料 程序设计语言
作者
Rama K. Vasudevan,Erick Orozco‐Acosta,Sergei V. Kalinin
出处
期刊:Machine learning: science and technology [IOP Publishing]
卷期号:3 (4): 04LT03-04LT03 被引量:8
标识
DOI:10.1088/2632-2153/aca004
摘要

Abstract The design of materials structure for optimizing functional properties and potentially, the discovery of novel behaviors is a keystone problem in materials science. In many cases microstructural models underpinning materials functionality are available and well understood. However, optimization of average properties via microstructural engineering often leads to combinatorically intractable problems. Here, we explore the use of the reinforcement learning (RL) for microstructure optimization targeting the discovery of the physical mechanisms behind enhanced functionalities. We illustrate that RL can provide insights into the mechanisms driving properties of interest in a 2D discrete Landau ferroelectrics simulator. Intriguingly, we find that non-trivial phenomena emerge if the rewards are assigned to favor physically impossible tasks, which we illustrate through rewarding RL agents to rotate polarization vectors to energetically unfavorable positions. We further find that strategies to induce polarization curl can be non-intuitive, based on analysis of learned agent policies. This study suggests that RL is a promising machine learning method for material design optimization tasks, and for better understanding the dynamics of microstructural simulations.
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