相場(chǎng)方法是一種流行的介觀尺度計(jì)算方法，用于研究微結(jié)構(gòu)及其物理性質(zhì)的時(shí)空演化。它已被廣泛用于描述各種重要的介觀尺度演化現(xiàn)象，包括晶粒生長(zhǎng)和粗化、凝固、薄膜沉積、位錯(cuò)動(dòng)力學(xué)、生物膜中的囊泡形成和裂紋傳播。現(xiàn)有的高保真相場(chǎng)模型實(shí)際計(jì)算成本很高，因?yàn)樗鼈冃枰鉀Q一組描述這些過程的連續(xù)場(chǎng)變量的耦合偏微分方程系統(tǒng)。

目前，最大限度地降低計(jì)算成本的探索主要集中在利用高性能計(jì)算架構(gòu)和先進(jìn)的數(shù)值方案，或?qū)?a target="_blank">機(jī)器學(xué)習(xí)算法與微觀結(jié)構(gòu)模擬相結(jié)合。然而，對(duì)于這些成功的解決方案來說，如何平衡精度與計(jì)算效率也還是個(gè)令人頭痛的問題。要么計(jì)算效率高就不能保證得到精確解；要么可以求解復(fù)雜的、耦合的相場(chǎng)方程，卻計(jì)算成本高昂；要么能夠預(yù)測(cè)訓(xùn)練范圍之內(nèi)的微觀結(jié)構(gòu)演化，卻預(yù)測(cè)不了訓(xùn)練之外的演化。

來自美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室集成納米技術(shù)中心的Rémi Dingreville教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，開發(fā)了一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)框架來高效、快速地預(yù)測(cè)復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)演化問題。通過采用長(zhǎng)短期記憶(LSTM)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)長(zhǎng)期模式和解決歷史依賴性問題，作者將微結(jié)構(gòu)演化問題重新表述為多變量時(shí)間序列問題。在這種情況下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能學(xué)習(xí)如何通過微結(jié)構(gòu)隨時(shí)間演化的低維描述來預(yù)測(cè)微結(jié)構(gòu)的演化。

他們發(fā)現(xiàn)這種機(jī)器學(xué)習(xí)的替代模型，可以在幾分之一秒的時(shí)間內(nèi)預(yù)測(cè)兩相混合物在亞穩(wěn)態(tài)分解時(shí)的非線性微觀結(jié)構(gòu)演化，與高保真相場(chǎng)模擬相比，準(zhǔn)確性僅損失5%。作者表明，該替代模型軌跡作為經(jīng)典高保真相場(chǎng)模型的輸入數(shù)據(jù)時(shí)，可以加速相場(chǎng)模擬。作者的解決方案開辟了一條很有前途的道路，在尺度現(xiàn)象至關(guān)重要的問題中（如材料設(shè)計(jì)等演化問題），可利用他們加速的相場(chǎng)模擬來發(fā)現(xiàn)、求解和預(yù)測(cè)加工-微結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。 該文近期發(fā)表于npj Computational Materials7:3(2021)，英文標(biāo)題與摘要如下，點(diǎn)擊左下角“閱讀原文”可以自由獲取論文PDF。

原文標(biāo)題：npj: 機(jī)器學(xué)習(xí)帶著相場(chǎng)走來了—又快又準(zhǔn)的模擬方法

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