Studying Complex Evolution of Hyperelastic Materials under External Field Stimuli using Artificial Neural Networks with Spatiotemporal Features in a Small‐Scale Dataset

计算机科学 比例(比率) 领域(数学) 人工智能 硅橡胶 实验数据 深度学习 人工神经网络 机器学习 材料科学 数学 量子力学 统计 物理 复合材料 纯数学
作者
Songlin Yu,Haiyang Chai,Yuqi Xiong,Ming Kang,Chengzhen Geng,Yu Liu,Yanqiu Chen,Yaling Zhang,Qian Zhang,Changlin Li,Hao Wei,Yuhang Zhao,Fengmei Yu,A. Lu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (26) 被引量:24
标识
DOI:10.1002/adma.202200908
摘要

Deep-learning (DL) methods, in consideration of their excellence in dealing with highly complex structure-performance relationships for materials, are expected to become a new design paradigm for breakthroughs in material performance. However, in most cases, it is impractical to collect massive-scale experimental data or open-source theoretical databases to support training DL models with sufficient prediction accuracy. In a dataset consisting of 483 porous silicone rubber observations generated via ink-writing additive manufacturing, this work demonstrates that constructing low-dimensional, accurate descriptors is the prerequisite for obtaining high-precision DL models based on small experimental datasets. On this basis, a unique convolutional bidirectional long short-term memory model with spatiotemporal features extraction capability is designed, whose hierarchical learning mechanism further reduces the requirement for the amount of data by taking full advantage of data information. The proposed approach can be expected as a powerful tool for innovative material design on small experimental datasets, which can also be used to explore the evolutionary mechanisms of the structures and properties of materials under complex working conditions.
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