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人工智能时代的聚合物数据挑战:面向下一代能源材料的破局之道

软凝聚态物质 2025-05-21 v1 材料科学 机器学习

摘要

面向光伏、固态电池和氢储能等能源技术的高级聚合物研发,受制于数据生态系统碎片化,无法捕捉这些材料的层次性复杂性。聚合物科学缺乏可互操作的数据库,导致依赖分散的文献和带有非结构化格式及不可重复测试协议的遗留记录。这种碎片化阻碍了机器学习(ML)的应用,延缓了对全球减排关键材料的发现。三大系统性障碍加剧了挑战:其一,学术界与产业界的数据孤岛限制了对专有产业数据的获取,同时学术出版物常省略关键合成细节;其二,测试方法不一致削弱了跨研究的可比性;其三,现有数据库中元数据不完整,限制了其为训练可靠ML模型所需的实用性。新兴解决方案通过技术与协作创新来弥合这些差距:自然语言处理(NLP)工具从数十年文献中提取结构化聚合物数据;高通量机器人平台通过自主实验生成自洽数据集。这些进步的核心在于采用适用于聚合物特定本体论的FAIR(可查找、可获取、可互操作、可重复)原则,确保机器可读性和可重复性。未来的突破性成果依赖于向开放科学的文化转变,由去中心化数据市场和融合机器人实验与实时ML验证的自主实验室加速实现。通过技术创新、协作治理和伦理主管,聚合物社区可将瓶颈转化为推动力。

关键词

引用

@article{arxiv.2505.13494,
  title  = {Polymer Data Challenges in the AI Era: Bridging Gaps for Next-Generation Energy Materials},
  author = {Ying Zhao and Guanhua Chen and Jie Liu},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2505.13494},
  year   = {2025}
}

备注

45 pages, 0 figures