使用AI预测玻璃何时何地会破裂

预测材料何时会断裂的能力对于工业应用来说非常重要——公司可以使用这些信息来更有效地维护设备和组件，并且更具成本效益。FAU和米兰大学的一个研究小组已经证明，人工智能可以根据从其原子微观结构图像中获得的信息预测石英玻璃何时会破裂。研究人员已在《自然通讯》杂志上发表了他们的研究结果。

玻璃是一种非结晶固体，与固体结晶材料相比，它的原子排列不一致。这使得预测玻璃何时会破裂变得更加困难：在没有明确的顺序的情况下，很难检测到无序的最初迹象——这是结晶材料很快会破裂的重要迹象。由于人工智能深度学习的最新发展，研究人员现在可以可靠地预测玻璃何时可能破裂。

科学家们目前还无法解释人工智能系统是如何实现其结果的，以及正在考虑和关注哪些参数，这是人工智能研究中的一个常见问题。“神经网络是黑盒子，”米兰大学的StefanoZapperi教授解释说，他在获得洪堡奖后曾作为FAU的客座研究员一年。“这是科学研究的一个重要限制，其任务是解释特定现象的原因。”

为了解决这个问题，研究人员正在使用一种方法来识别神经网络最常用于预测断裂的微观结构图像区域。

“神经网络试图模仿大脑。我们也不总是了解大脑是如何达到某个结果的。但在人类中，至少我们可以观察到眼球运动等行为，这可以解释如何做出某个决定，”FAU材料模拟教授、该研究的合著者MichaelZaiser解释道。“我们对我们的问题采取了类似的方法，并调查了引起神经网络注意的点，基本上是按照它正在查看的内容。”

这种方法使研究人员能够调查影响压裂行为的局部参数。“多亏了这种方法，我们能够识别和更好地理解导致玻璃破裂的方面，不仅可以预测玻璃何时可能破裂，而且还可以获得对玻璃材料力学的基本见解，”StefanoZappi说。“我们开发的策略可以应用于进一步的应用，”MichaelZaiser补充道，“例如设计具有更好抗断裂性的相关材料。”

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