기계 학습을 사용하여 온라인 바카라 셀룰로스에 대한 새로운 평가 기술 개발

Keita Sakakibara, Nakayama Cho의 연구 그룹 이사 및 최고 연구원 Kumagai Akio는 기계 학습 기술 사용Nanocellulose의 퇴적 측정에서 특수 표면적을 성공적으로 예측했습니다 온라인 바카라 셀룰로스는 탄소 중립 바이오 매스로부터 얻어지며, 환경 친화적 인 물질로서 높은 잠재력을 가지고 있으며, 순환 경제의 실현에 기여할 것으로 예상된다 섬유 폭, 길이 및 특이 적 표면적과 같은 온라인 바카라 셀룰로오스의 형태로부터 파생 된 특성은 수성 분산 또는 복합 재료에 대한 강화 섬유로 사용될 때 물리적 특성 및 품질을 결정하는 중요한 파라미터이다 기존의 기술에서, 미세한 관찰 및 가스 흡착 방법은 이들을 평가하는데 사용되었지만 전처리 및 측정에는 많은 시간과 노력이 필요했습니다 (약 10 일) 다른 한편으로, 온라인 바카라 셀룰로오스의 거동은 물 분산에서 점차적으로 퇴적되지만, 형태에 대한 정보가 포함되어 있음에도 불구하고 해당 정보를 추출하는 효과적인 방법은 없었다 기계 학습을 사용하여 퇴적 거동 및 특정 표면적을 연결함으로써 간단하고 짧은 시간 (약 1 일) 내에 모양에서 파생 된 정보를 얻을 수있는 예측 기술을 성공적으로 개발했습니다 이 기술은 온라인 바카라 셀룰로스 모양의 차이를 쉽게 평가할 수 있으므로 품질 관리에 사용될 수 있습니다 또한, 온라인 바카라 셀룰로오스를 사용하는 생성물의 물리적 특성과 생성물의 특정 표면적 사이의 상관 관계로 인해 폴리 프로필렌/온라인 바카라 셀룰로스 복합재의 물리적 특성을 예측하는데 사용될 수있다 위의 결과 로이 기술은 업계에서 온라인 바카라 셀룰로스의 사용을 확장 할 것으로 예상됩니다

이 기술의 세부 사항은 2025 년 2 월 4 일에 제공 될 예정입니다탄수화물 중합체 기술 및 응용"에서 온라인으로 게시 됨

식물 바이오 매스 섬유 (목재, 잔디 등)를 제기하여 얻은 자연적으로 파생 된 셀룰로오스 온라인 바카라 섬유 인 온라인 바카라 셀룰로스는 순환 경제에서 점점 더 중요한 역할을했으며, 이는 자원 순환과 경제 성장의 균형을 잡는 것을 목표로하고 있습니다 온라인 바카라 셀룰로스는 석유 유래 자원을 대체하는 지속 가능한 물질로 주목을 받고 있으며 탄소 중립성을 촉진하고 환경 영향을 줄이는 데 크게 기여할 것으로 예상됩니다 또한 가벼운 및 고강도와 같은 특성으로 인해 자동차 부품, 포장재 및 스포츠 용품을 포함한 광범위한 분야에서 플라스틱 및 가벼운 재료를위한 대체 재료로 사용되고 있습니다

그러나, 온라인 바카라 셀룰로오스의 사회적 구현을 촉진하는 데있어서의 과제 중 하나는 원료 등입니다미세 학위| 섬유 모양은 온라인 바카라 셀룰로스의 물리적 특성에 영향을 미치므로 전자 현미경 및 원자력 현미경을 사용하여 섬유의 폭과 길이의 평가 및 건조체의 가스 흡착 측정에 의해 결정됩니다특정 표면적그러나 이러한 방법은 시간과 노력이 필요하며 효율성은 어려운 일입니다 온라인 바카라 셀룰로오스의 모양이 빠르고 편리하며 정확하게 평가 될 수 있다면, 온라인 바카라 셀룰로오스의 제조 및 사용에서 품질 관리에 유용 할 것이다 또한 현장 평가를 통해 출구의 요구를 충족시키는 온라인 바카라 셀룰로스를 제공 할 수 있습니다

AIST는 온라인 바카라 셀룰로오스의 사회적 구현을 촉진하는 기본 기술의 연구 및 개발을 연구하고 있습니다 회사와의 협력을 통해 우리는 일상적인 필수품, 고 착색 재료 및 식품 분야에서 사례를 축적했으며 다양한 파급 효과에 대한 주목을 받아 사회 구현 및 시장 개발을 구현하기 위해 노력하고 있습니다 이 과정에서, 본 발명자들은 온라인 바카라 셀룰로스의 퇴적 거동이 정의 정도에 의존하는 경향이 있음을 확인했지만 퇴적 거동으로부터 정량적 특이 적 표면적 값을 도출하기가 어려웠다 따라서, 우리는 다양한 유형의 온라인 바카라 셀룰로오스의 퇴적 거동과 특정 표면적 데이터를 사용하여 기계 학습 모델을 구축하고 학위를 정의하는 작업을 수행했습니다

또한,이 개발의 일부는 과학, 과학 및 기술의 젊은 연구 홍보를위한 일본 사회의 지원을 제공 받았다 (JP23K13785, 2023-2025)

온라인 바카라 셀룰로오스의 퇴적 거동은 수성 분산을 함유 한 유리 병에 켜고 전달 된 빛을 평가해야합니다액체 안정성 평가 장치를 사용하여 측정되었습니다 우리는 140 개 이상의 다른 정도의 취약성을 가진 샘플에서 퇴적 데이터를 얻고 해당 데이터를 퇴적 속도로 사용합니다기능정착히트 맵머신 러닝에 적합한 데이터 형식으로 만들기 위해 이미지로 변환되었습니다 (그림 1) 시간이 지남에 따라, 높은 광 투과율이 높은 빨간색 영역은 열지도에서 확장됩니다 이것은 온라인 바카라 셀룰로스가 어떻게 침전되고 광 투과율이 증가하는지 보여줍니다 또한, 학습에 사용 된 온라인 바카라 셀룰로오스의 비 표면적 값은 가스 흡착 측정에 의해 별도로 평가되었다

기계 학습 모델은 획득 된 퇴적 데이터 및 특정 표면적 데이터를 기반으로 구축되며 신경망 (CNN)을 사용하여 퇴적 열지도에 딥 러닝을 적용함으로써 예측 정확도의 지표입니다결정 계수(r²)는 094의 높은 정확도를 달성했습니다 CNN에서, 본 발명자들은 많은 미세한 온라인 바카라 섬유를 함유하는 높은 비 표면적을 갖는 많은 비정형 섬유 및 온라인 바카라 셀룰로오스를 함유하는 낮은 특이 적 표면적과 온라인 바카라 셀룰로스와 혼합 된 샘플을 사용하여 섬유 형태의 큰 변이가있는 온라인 바카라 셀룰로오스에서 용액을 찾을 수있게 하였다 또한 퇴적 속도를 비선형 예측과 결합하는 모델이 낮은 계산 분기 조건과 결합하는 모델,r²= 079의 예측 정확도가 달성되었습니다

또한, 침강 히트 맵의 어느 부분이 딥 러닝 모델에 초점을 맞추고 있습니다Grad-Cam를 사용한 분석 초점은 증착과 상청액 사이의 인터페이스에 있었음을 밝혀냈다 (도 2) 인간이 평가 한 방법은 광 투과율이 크고 강수량이 진행되는 상청액에 초점을 맞추었지만, 기계 학습 모델은 광 투과율이 작은 영역에 초점을 맞추고 있음이 밝혀졌습니다 이 결과는 증착과 상청액 사이의 계면이 온라인 바카라 셀룰로오스의 형태에 대한 중요한 정보를 포함 할 수 있음을 시사한다

퇴적물 데이터 로부터이 기계 학습 모델을 사용하여 예측 된 특정 표면적 값은 폴리 프로필렌/온라인 바카라 셀룰롤 복합재의 물리적 특성을 예측하는데 사용될 수 있음이 밝혀졌다 이전 보고서는 온라인 바카라 셀룰로스 특이 적 표면적 데이터 및 화학 구조 데이터로부터 폴리 프로필렌 복합재의 충격 에너지 값을 예측했다^*note이번에는 기계 학습 모델에 의해 예측 된 특정 표면적 값을 사용했을 때, 우리는 정확도가 우수한 수지 복합 재료의 충격 에너지 값을 예측할 수있었습니다 (그림 3) 또한, 가스 흡착 측정을 사용하여 계산 된 특정 표면적 값보다 퇴적물 데이터에서 예측 된 특정 표면적 값을 사용할 때 충격 에너지 값을 예측하는 정확도가 더 높다는 것이 밝혀졌다 충격 강도는 재료에 영향이 적용될 때 발생하는 끈적 끈적성과 브랜드의 지표이며 충격에 대한 내구성이 필요한 제품에는 필수적입니다 테스트에는 충격 강도를 결정하기위한 골절 테스트가 포함 되므로이 방법은 복합 재료 개발의 최적화 프로세스에서 시행 착오를 줄입니다

새로운 특정 표면적 예측 방법을 사용하면 기존의 방법보다 재료 특성을 더 빠르게 평가할 수 있으므로 제품 개발을 증가시키고 시장에 시간을 줄입니다 또한 많은 배치의 품질 관리를 위해 IT를 사용함으로써 안전을보다 정확하게 평가할 수 있습니다

이번에 개발 된 분석 기술을 대중화하기 위해 "온라인 바카라 셀룰로오스 워크숍"와의 기업 협력에서 이것을 사용하기를 희망합니다 또한, 우리는 온라인 바카라 셀룰로스의 내구성과 장기 안정성과 같은 실질적인 사용에 필요한 다양한 특성을 신속하게 예측할 수있는 시스템을 개발하는 것을 목표로 할 것입니다

게시 된 잡지 :탄수화물 중합체 기술 및 응용
종이 제목 : 특정 표면적을 예측하기위한 셀룰로오스 온라인 바카라 섬유의 기계 학습 보조 퇴적 분석
저자 : Koyuru Nakayama, Akio Kumagai, Keita Sakakibara
doi :101016/jcarpta2025100697 

Nanocellulose

온라인 바카라 셀룰로스 (셀룰로스 온라인 바카라 섬유라고도 함)는 목재와 잔디와 같은 식물 바이오 매스 섬유, 폭이 3nm 이상인 3nm 이상의 수백에서 수십 수십 수십 개의 온라인 바카라 미터를 갖는 온라인 바카라 피부입니다 제조 방법은 디스크 밀 및 고압 균질화 제와 같은 제세 동화 장치를 사용한 기계적 제세동 구역 및 템포 촉매 산화와 같은 전처리를 겪는 화학적 제세동 방법의 두 가지 유형으로 크게 나눌 수 있습니다 이 프리젠 테이션은 기계적 제세 동기를 통해 얻은 온라인 바카라 셀룰로오스에 중점을두고, 제세 동기가 횟수를 증가시킴으로써 섬유 모양의 변화가 감소된다 온라인 바카라 셀룰로스는 셀룰로오스 분자 사슬의 강한 결정으로부터 유래되며, 고강도 및 높은 탄성과 같은 우수한 기계적 특성을 가지며 경량 (비중 = 약 15 g/cm³), 낮은 열 팽창, 생분해 성 및 재생 가능한 자원으로 재료의 무게를 줄이고 석유 자원 및 공동을 제거 할 수 있습니다₂우리는 감소를 기대할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

미세 학위

바이오 매스 원자재는 반복 된 기계적 제세동 처리에 의해 균일 한 온라인 바카라 섬유로 점차 전환됩니다 세동 정도는 단계적으로 제세동 한 온라인 바카라 섬유의 불균일 정도를 나타내는 지표이다 온라인 바카라 셀룰로오스의 제세동 정도는 제세동 처리의 수와 밀접한 관련이 있습니다[참조로 돌아 가기]

특정 표면적

단위 질량당 표면적 (단위 : g) (단위 : M²) (Unit : M²/g) 일반적으로, 제세액 된 미세 온라인 바카라 섬유는 더 큰 비 표면적을 갖는 경향이있다[참조로 돌아 가기]

액체 안정성 평가 장치

샘플의 높이에서 광 투과율을 종합적으로 측정 할 수 있고, 언제라도 시간이 지남에 따라 광 투과율을 추적 할 수있는 움직일 수있는 광원 및 탐지기가있는 분석 장치[참조로 돌아 가기]

기능

머신 러닝에서 목표로하는 데이터의 특성을 나타내는 값 기능은 숫자, 카테고리, 이미지 등의 원시 측정 데이터를 나타내며 기계 학습 모델이 패턴을 찾고 정확한 예측을하는 기초입니다[참조로 돌아 가기]

히트 맵

이것은 데이터를 색상으로 시각적으로 나타내고 2 차원 이미지로 표시하는 기술입니다 이것은 기계 학습에 사용하기 쉬운 데이터 형식입니다[참조로 돌아 가기]

결정 계수

회귀 분석에서 예측 모델의 정확도를 평가하는 메트릭, 예측 된 데이터가 측정 된 값에 얼마나 잘 맞는지를 나타냅니다r²로 작성되었습니다r²0과 1 사이에서 표현되며 1에 가까울수록 모델의 정확도가 높아집니다[참조로 돌아 가기]

Grad-Cam

Grad-CAM (그라디언트 가중 클래스 활성화 매핑)은 딥 러닝 모델에서 구체적인 예측을 할 때 어떤 모델의 어떤 부분에 초점을 맞추고 있는지 시각화하는 기술입니다 이를 통해 모델이 중점을 둔 영역을 이해할 수 있으며 모델의 해석 가능성이 향상 될 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

온라인 바카라 셀룰로오스 워크숍

공동 연구 계약 및 기술 컨설팅 계약을 통해 AIST와 협력하는 회사 및 기타 참여 기관에서 온라인 바카라 셀룰로오스의 실제 적용을 가속화하기위한 AIST 기능 화학 연구 부서의 이니셔티브 강의 및 의견 교환 회의를 통해 우리는 우려를 공유하고 기술 보완 기술과 같은 참여 기관과의 어울리는 데 기여할 것입니다[참조로 돌아 가기]

^*noteKoyuru Nakayama, Keita Sakakibara,“바이오 매스 필러의 선택을 통한 PP/셀룰로스 조성에 대한 충격 강도를 향상시키는 기계 학습 전략",고급 재료의 과학 및 기술, 2024, 25 (1), 2351356