Ανάπτυξη αδροποιημένων μοντέλων μοριακής προσομοίωσης με χρήση τεχνικών μηχανικής μάθησης

Νασίκας, Δημήτριος; Nasikas, Dimitrios

dc.contributor.author	Νασίκας, Δημήτριος	el
dc.contributor.author	Nasikas, Dimitrios	en
dc.date.accessioned	2022-06-09T10:43:45Z
dc.date.available	2022-06-09T10:43:45Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55261
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.22959
dc.rights	Default License
dc.subject	Αδροποίηση	el
dc.subject	Coarse-graining	en
dc.subject	Μοριακή προσομοίωση	el
dc.subject	Μηχανική μάθηση	el
dc.subject	Παραλλακτικοί αυτοκωδικοποιητές	el
dc.subject	Νευρωνικά δίκτυα	el
dc.subject	Molecular simulations	en
dc.subject	Machine learning	en
dc.subject	Variational autoencoders	en
dc.subject	Neural networks	en
dc.title	Ανάπτυξη αδροποιημένων μοντέλων μοριακής προσομοίωσης με χρήση τεχνικών μηχανικής μάθησης	el
dc.contributor.department	Εργαστήριο Μοριακής Θερμοδυναμικής και Μοντελοποίησης Υλικών, Ινστιτούτο Νανοεπιστήμης και Νανοτεχνολογίας, ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος»	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μοριακή προσομοίωση	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-10-07
heal.abstract	Η μελέτη πολύπλοκων χημικών συστημάτων με μεθόδους μοριακής προσομοίωσης καθιστά αναγκαία την ανάπτυξη ιεραρχικών μεθόδων τόσο για την δημιουργία ρεαλιστικών αρχικών δομών, όσο και για την υπολογιστική μελέτη των συστημάτων αυτών σε μεγάλο εύρος κλιμάκων μήκους και χρόνου. Οι μέθοδοι αυτές αφορούν στη μετάβαση από την ατομιστική αναπαράσταση σε μια αντίστοιχη αδροποιημένη και την προσομοίωση των συστημάτων στο επίπεδο αυτό είτε ως τελικό στόχο για την εξαγωγή αποτελεσμάτων, είτε ως ένα ενδιάμεσο στάδιο για την επίτευξη εξισορρόπησης, ακολουθούμενο από επιστροφή στην ατομιστική αναπαράσταση μέσω μιας διαδικασίας αντίστροφης απεικόνισης. Οι μέθοδοι αδροποίησης στοχεύουν στην αντικατάσταση ομάδων ατόμων από ενιαία ισοδύναμα κέντρα αλληλεπίδρασης, μειώνοντας με αυτό τον τρόπο τον αριθμό των βαθμών ελευθερίας του συστήματος. Κατά την διαδικασία της αδροποίησης είναι κρίσιμο να διατηρηθούν οι βαθμοί ελευθερίας που είναι σημαντικοί για τη διεργασία ή τον μηχανισμό του φαινομένου που μας ενδιαφέρει. Οι μέθοδοι αδροποίησης που έχουν προταθεί ποικίλουν ως προς τον και τρόπο υλοποίησης, καθώς είναι άρρηκτα συνδεδεμένες με τη χημική δομή, τη μακρομοριακή αρχιτεκτονική και το επιστημονικό πρόβλημα υπό μελέτη και για το λόγο αυτό δεν υπάρχει μοναδικός τρόπος αδροποίησης. Στο πλαίσιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας διερευνάται η ανάπτυξη αδροποιημένων μοντέλων με τη βοήθεια εργαλείων Μηχανικής Μάθησης και πιο συγκεκριμένα με την χρήση Παραλλακτικών Αυτοκωδικοποιητών (VAEs). Συγκεκριμένα, μελετήθηκε αρχικά μια πρόσφατα ανεπτυγμένη μεθοδολογία, η οποία και δοκιμάστηκε σε διαφορετικά χημικά συστήματα. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν βελτιώσεις και επεκτάσεις της μεθοδολογίας που σχετίζονται με την βελτιστοποίηση της εκπαίδευσης του μοντέλου (όπως για παράδειγμα μέσω του ορισμού επιπρόσθετων συναρτήσεων κόστους) αλλά και με την υλοποίηση διαδικασιών, η εφαρμογή των επιτρέπει την λεπτομερέστερη φυσικοχημική ερμηνεία ων αποτελεσμάτων (π.χ. συνδέσεις μεταξύ αδροποιημένων μονάδων, τρισδιάστατη αναπαράσταση συστήματος κά.). Για το σκοπό αυτό, πραγματοποιήθηκαν υπολογισμοί και προσομοιώσεις στο ατομιστικό επίπεδο για τα συστήματα αιθάνιο, στυρένιο, πενταμερές πολυαιθυλενίου και μονομερές τριοξικής κυτταρίνης (CTA). Οι συντεταγμένες και οι δυνάμεις από κάθε στιγμιότυπο της δυναμικής τους τροχιάς χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εκπαίδευσης του μοντέλου μηχανικής μάθησης. Το μοντέλο μηχανικής μάθησης είναι υπεύθυνο για την εύρεση αντιστοιχίσεων στο αδροποιημένο επίπεδο, οι οποίες εμπεριέχουν όλη την απαραίτητη πληροφορία για την επιστροφή στο πλήρως ατομιστικό επίπεδο, ενώ ταυτόχρονα λαμβάνονται υπόψιν οι δυνάμεις που ασκούνται μεταξύ των αδροποιημένων μονάδων. Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο εργαστήριο Μοριακής Θερμοδυναμικής και Μοντελοποίησης Υλικών, στο Ινστιτούτο Νανοεπιστήμης και Νανοτεχνολογίας, στο Εθνικό Κέντρο ΄Ερευνας Φυσικών Επιστημών «Δημόκριτος» υπό την επίβλεψη της Δρος Νίκης Βέργαδου, Ερευνήτριας Γ’ και σε συνεργασία με τον Δρ. Γεώργιο Γιαννακόπουλο από το Εργαστήριο Τεχνολογίας Γνώσεων και Λογισμικού του Ινστιτούτου Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος».	el
heal.advisorName	Θεοδώρου, Δώρος	el
heal.committeeMemberName	Σαρίμβεης, Χαράλαμπος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	190 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false