学霸的模拟器系统 第126节

　　【新知识模块：机器学习 LV.1概念认知】

　　林允宁没有犹豫，直接调动了系统。

　　【注入模拟时长：200小时！】

　　【指定模块：机器学习 LV.1 -> LV.2范式掌握！】

　　当模拟结束，林允宁睁开眼时，一个基础的神经网络框架已经在他脑中清晰成型。

　　他立刻打开电脑，开始用Python搭建一个最简单的三层全连接神经网络，加入到了Aether中，命名为Aether_ML_NN。

　　在【模拟科研】的帮助下，他很快完成了新模块的编写。

　　吃过午饭，他带着初步完成的Aether_ML_NN模块，来到了材料学院高翔的实验室。

　　实验室里还是一如既往，真空泵低沉地嗡鸣。

　　高翔的办公桌上还摆着两个泡面桶。

　　他看到林允宁，布满血丝的眼睛里亮起一丝期待。

　　“林师弟，你那边……”

　　“模型做好了，可以试试。”

　　林允宁将自己的笔记本电脑连接到高翔的工作站上，调出了一个简洁的界面，“我已经把你发给我的实验数据和对应的工艺参数，还有你对样品质量的‘好’、‘中’、‘差’的标记，全部导入了Aether进行训练。

　　“我现在需要更多的数据，进行交叉验证。”

　　高翔点了点头，立刻行动起来，将最近一个月的数据——十几份样品的XRD图谱和对应的溅射功率、气压、时间等参数，输入这个新模型。

　　“开始交叉验证。”

　　林允宁点下鼠标，进度条开始缓慢移动。

　　十分钟后，屏幕上弹出了一个分类准确率。

　　53.2%。

　　这个准确率，和闭着眼睛瞎猜也没什么区别。

　　实验室里一片安静。

　　高翔脸上的期待迅速褪去，最终化为一声无奈的叹息。

　　他摘下眼镜，用力揉了揉眉心，声音里带着实验人特有的疲惫：

　　“唉，我就知道没这么简单。机器学习这东西，在咱们这种小样本、高维度的材料科学里，可能真的不适用。”

　　他并没有抱怨，失败是科研的常态，他早已习惯。

　　林允宁却没说话，只是盯着屏幕上的混淆矩阵。

　　那上面显示，模型能轻易地区分出“好”和“差”的样品，却在“中等”和“良好”这两个最关键的区间，错得一塌糊涂。

　　为什么总在这两个区间犯错？

　　林允宁修长的手指轻轻敲击着桌面，很快有了结论。

　　从XRD图谱上看，这两个区间区别不大，峰型和峰位确实很像。

　　但神经网络只看到了相似性，却不知道实现两者的工艺参数，比如功率和气压，在物理意义上天差地别。

　　换句话说，问题不出在神经网络本身，而在于他给的“信息”不够。

　　“高师兄，”

　　林允愈抬起头，“我们得教它物理。”

　　“教它物理？”

　　高翔没听懂。

　　“对。它现在只会‘看’，不会‘理解’。”

　　林允宁指着屏幕，“我们得把溅射功率、气压这些工艺参数，不是作为普通数据，而是作为强约束的‘物理规则’，强行写进模型里。让它知道，功率提高1瓦，和气压改变1帕，对最终晶体结构的影响是完全不同的。”

　　一个全新的混合模型框架——“物理信息神经网络”（PINN），在他脑中成型。

　　【注入模拟时长：50小时！】

　　【模拟科研启动……】

　　【第15小时，你正在重构算法。你尝试将描述原子扩散和成核过程的Arrhenius方程，作为一个惩罚项，加入到神经网络的损失函数中。任何不符合该物理规律的参数预测，都会受到巨大惩罚。】

　　【第45小时你意识到，你正在创造一种全新的模型：不再是让机器去拟合物理，而是用物理去约束机器。】

　　现实中，林允宁的手指在键盘上翻飞。

　　一个小时后，Aether_ML_PINN_v1.0诞生了。

　　他重新导入数据，点击了“开始训练”。

　　这一次，模型不仅要拟合数据，还要满足物理规律的约束。

　　训练过程慢了很多，一直快到晚上吃饭的时候，才终于完成。

　　训练完成，高翔再次导入了那份测试数据。

　　这一次，屏幕上弹出的最终准确率是——92.3%！

　　“我……我……”

　　高翔盯着那个数字，下意识地站了起来，身体因为激动而微微前倾，他反复确认自己没看错，声音都有些发颤，“这……这就成了？”

　　这个数字虽然不是完美的，但已经相当惊人了。

　　可想而知，按照这个筛选方案，会极大提高实验的进程。

　　“还没完。”

　　林允宁的表情依旧平静，“现在，让它给出一个最优工艺参数的预测。”

　　他清空了所有数据，只在“目标”一栏里，输入了“最优样品”。

　　然后，点击了“工艺参数预测”。

　　模型开始反向推演，在庞大的参数空间中寻找最优解。

　　十五分钟后，一组工艺参数被输出到了屏幕上。

　　高翔只看了一眼，眉头就紧紧皱了起来：

　　“林师弟，这不可能。溅射功率95瓦，氩气流量2.5sccm……这个参数区间，我们试过不下十次，长出来的全是些非晶的垃圾相，根本成不了膜。这是死区。”

　　“模型的置信度是99.1%，值得一试。”

　　林允宁的语气很平淡，却相当自信，“而且，你之前的实验记录显示，在这个参数组合下，基片温度是300度，而模型预测的最佳温度是325度。也许就是这25度的差别。”

　　高翔看着林允宁，又看了看屏幕上那组违背自己所有经验的参数，脸上满是挣扎。

　　浪费一片靶材和几个小时的机时倒是小事，但这种希望之后再次失望的感觉，他实在不想再经历一次了。

　　他犹豫了足足半分钟，最终一咬牙：

　　“行！反正我也没别的好办法了，这个课题已经失败了无数次，不差这一次。林师弟，我信你一次。如果能成，这篇文章咱们共同一作！”

　　他转身走向那台巨大的磁控溅射仪，开始按照屏幕上模型预测的参数，设定程序。

　　真空泵开始轰鸣，腔体内的真空计数字稳定在5.0x10?5 Pa。

　　当高压电源开启，靶材表面亮起一圈绚丽的紫色等离子体辉光时，高翔的内心，反而平静了下来。

　　他已经做好了再次失败的准备。

　　一个小时的薄膜生长过程，显得格外漫长。

　　当系统提示成膜结束，腔体开始泄压发出‘嗤’的一声时，高翔甚至没有第一时间去看。

　　林允宁倒是很平静，他走上前，戴上无尘手套，用样品托取出了那片刚生长完成的硅片。

　　在实验室顶灯的照射下，那片薄膜的表面呈现出一种均匀的金属镜面光泽，没有任何肉眼可见的瑕疵。

　　“漂亮……”

　　高翔喃喃自语。

　　但他知道，真正的考验，在X射线衍射仪上。

　　他小心翼翼地将样品固定在衍射仪的样品台上，关上防护铅门，在电脑上设定好扫描程序。

　　房间里只剩下衍射仪步进电机有节奏的“嗡嗡”声。

　　屏幕上，衍射图谱的数据点，一个一个地出现，逐渐汇成一条曲线。

　　高翔的心提到了嗓子眼。

　　曲线缓慢攀升，在20度附近，突然出现了一个尖锐的衍射峰！

　　紧接着，第二个、第三个……

　　所有代表着完美BCC固溶体相的特征峰，一个不少地出现在了它们应该在的位置。

　　整个图谱干净得像教科书里的示例，没有任何一个杂相峰！

　　“成功了……真的成功了……”

　　高翔盯着那张完美的图谱，激动地浑身颤抖。