【大学研究室Vol.22】データ科学の革新的アルゴリズムにより、未知の“新素材”を発見する。他の追随を許さない“ものづくり”革新を！

データ科学で未知の物質に迫る

材料や物質は、あらゆる製品や部品に使用される基本的な要素で、日本のお家芸とされるものづくりには、革新的な新素材の開発が不可欠だ。この材料開発の世界を、データ科学と材料科学を融合させた「マテリアルズ・インフォマティクス（ＭＩ）」と呼ばれる手法が劇的に変えようとしている。

「従来の材料開発は、研究者の直感や経験による材料設計、大規模なシミュレーションと実験による物性評価、その後の設計指針の見直しというサイクルの繰り返しで実施されてきましたが、一つの物質の発見から実用化に至るまでに膨大な時間と費用を要していました。これに対し、シミュレーションや実験を、大量のデータから導かれた統計モデルに代替させ、スピーディな物性評価試験を実施して、実用化までの期間を大幅に短縮させようという試みがＭＩです」
そう話す統計数理研究所の吉田亮准教授は、２０１７年７月に同研究所が設立した「ものづくりデータ科学研究センター」の長を務め、最先端のデータ科学を結集して材料開発、ひいては日本のものづくりに革新をもたらす手法の創出を目指すデータ科学のスペシャリストだ。

人類が現在までに合成、発見した有機化合物の総数は１億種類を超えるが、合成可能な化合物のバリエーションは〝10の60乗〞以上という膨大な数にのぼると見積もられている。新素材の候補ともいうべきそれらすべての物質を実際に設計し、物性を一つひとつ実験で確かめていくことは不可能である。そこで、データ科学の出番というわけだ。

「従来は費用と時間の制約から、ごく少数の候補材料だけが実験や評価の対象になっていました。今後、データ科学によるシミュレーション、すなわちデータを用いた予測で大量の候補材料を高速にスクリーニングできるようになれば、多くの未知物質が発掘されることが期待されます。ものづくりの様々な領域でこのアプローチを実践し、研究・開発期間の大幅な短縮とコストの低下を実現することが、私たちの狙いです」