DDCoMS-PCoMS-RISME セミナーシリーズ　

計算物質科学セミナー2023

―計算科学によるデータ創出、活用にむけて―

概要： 近年、様々な材料について、大規模データを活用した研究開発(マテリアルズ・インフォマティクス)の高 度化や、材料の研究開発現場のデジタル化やスマート化といったデジタルトランスフォーメーション(DX)などのデータ駆動型研究の発展による、材料開発の開発時間の短縮、低コスト化に注目が集まっている。

　本セミナーシリーズでは、計算物質科学の立場から、マテリアルDXにつながる、計算科学による大規模データの創出の例や大規模データの活用例についての講演、計算物質科学とデータ科学の融合研究例についての講演、さらにはその研究手法の一例を理論とアプリの実習から学ぶハンズオン付き講習会などによって、様々な角度から紹介する。

なお、本セミナーシリーズは、1)「富岳」のみが可能とするデータ駆動型マテリアル研究手法の開発を目的とした「計算材料科学が主導するデータ駆動型研究手法の開発とマテリアル革新(DDCoMS)」、2)単一の学問領域を超え、材料開発の階層を超える次世代の人材の育成のために、計算物質科学分野、および計算物質科学に興味のある実験物質科学分野の学生や若手研究者の支援を進めてきた「計算物質科学人材育成コンソーシアム(PCoMS)」、3)多様な極限環境下で長期使用に耐え得る機能を備えた構造材料およびその利用技術のデータ駆動型開発を行い、既存インフラシステムの長寿命化や新規インフラシステムの高効率化に向けたデータ活用型マテリアル工学の構築を目指す「極限環境対応構造材料研究拠点(RISME)」の共催で実施する。
日程 / date ： （第1回：応用レベル）2023年10月17日(火) 13:30 - 15:00 / 13:30 - 15:00, Oct. 17(Tue), 2023 　【第1回はこちら】
（第2回：応用レベル）2023年12月25日(月) 13:30 - 15:00 / 13:30 - 15:00, Dec. 25(Mon), 2023 【第2回はこちら】
（第3回：基礎レベル・応用レベル）2024年2月8日(木) 13:00 - 15:20 / 13:00 - 15:20, Feb. 8(Thu), 2024 【第3回はこちら】
（第4回：基礎レベル・応用レベル）2024年2月27日（火） 13:00 - 18:10 / 13:00 - 18:10, Feb. 27(Tue), 2024 【第4回はこちら】
Postponed （第5回：基礎レベル・応用レベル）2024年3月28日（木） 13:00 - 17:00 / 13:00 - 17:00, Mar. 28(Thu), 2024 【第5回はこちら】
　　　　　
申込方法と〆切 /
How to apply and
the deadline ：

 第1ー3回は終了しました。
第4回（2月27日開講分）については2023年2月26日(月)13:00迄までに[申込みフォーム] よりお申し込みください。
2月26日（月）17：00までに接続方法をご案内します。
上記のGoogle formでの登録が出来ない場合は、 [申込フォーム(エクセル版)] （ 国立情報学研究所（NII）が提供するNII FileSenderのサービスを利用しています。そのため、別ページ遷移します） に必要事項を記載の上、
PCoMS事務局[　pcoms=grp.tohoku.ac.jp (=を@に変更してください。)]宛てにお送りください。
Please apply on [the application form] by Feb. 26(mon) 13:00, 2024 for the seminar on Feb. 27. We will inform you how to connect to the online virtual seminar by 17:00 on Feb.27.
If you are unable to register using the Google form above, please fill out the [Application Form (Excel version)] and send it to the PCoMS Office. (pcoms=grp.tohoku.ac.jp : Please replace = with @.)
開催方法 /
meeting style：

 オンライン開催(事前登録制)
/ online virtual meetings　(Pre-registration required)

言語 / language ： 日本語 / Japanese

講師 / lecturers ： （第1回[2023/10/17]：応用レベル）久保　百司 東北大学金属材料研究所 教授
　　/ KUBO Momoji (Professor, Tohoku University)
（第2回[2023/12/25]：応用レベル）尾方 成信 大阪大学大学院基礎工学研究科 教授
　　/ OGATA Shigenobu (Professor, Osaka University)
（第3回[2024/2/8]：基礎レベル・応用レベル）平岡 裕章 京都大学高等研究院 教授
　　/ HIRAOKA Yasuaki (Professor, Kyoto University)
（第4回[2024/2/27]：基礎レベル・応用レベル）
　　　　森田　裕史（国立研究開発法人 産業技術総合研究所）/ MORITA Hiroshi Morita
　　　　青柳　岳司（旭化成株式会社）/ AOYAGI Takeshi
　　　　本田 隆（お茶の水女子大学）/ HONDA takashi
　　　　小沢　拓 （株式会社JSOL）/ OZAWA Taku
（第5回 Postponed [2024/3/28]：基礎レベル・応用レベル）
　　　　Yoshiyuki Kawazoe (NICHe, Tohoku University)
　　　　Ryoji Sahara (RCSM, NIMS)
　　　　Aaditya Manjanath (RCSM, NIMS)
　　　　Kaoru Ohno (Yokohama National University)
主な対象 ： (基礎レベル)計算物質科学が専門外のMC学生以上 (理工系MC以上)
(応用レベル)DC、PD、研究者、計算物質科学が専門のMC学生 （応用レベルのみの回は簡単な導入部有）

基礎レベル・応用レベルは独立な内容を取り扱います。部分的な受講も可能です。
参加費 /
registration fee ：

 無料 / free

プログラム
/ program ：		 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　 　　 　　 　　

ダウンロード用プログラム＆フライヤー［シリーズ全体＆第1回詳細］ (ver. 2023/10/6)
【第1回詳細はこちら】
ダウンロード用プログラム＆フライヤー［シリーズ全体＆第2回＆第3回詳細］ (ver. 2023/12/7)
【第2回詳細はこちら】
【第3回詳細はこちら】
ダウンロード用プログラム＆フライヤー［シリーズ全体＆第4回詳細］ (ver. 2024/2/7)
【第4回詳細はこちら】

第1回 (2023/10/17 13:30-15:00)
<応用レベル>「スーパーコンピュータによる大規模シミュレーションにより何が新たな研究対象となりうるのか？」
講師　 久保　百司 東北大学 金属材料研究所　教授
　　　　/ KUBO Momoji (Professor, Tohoku University)

　スーパーコンピュータを活用した大規模シミュレーションにより、従来サイズのシミュレーションでは検討が不可能であった新たな研究領域の開拓が可能になるという考えのもと「大規模シミュレーションにより何が新たな研究対象となりうるのか？」とのstrategyを掲げて、ここ数年研究を進めてきた。本セミナーでは、講演者による最近のスーパーコンピュータを活用した大規模シミュレーションへの取組を紹介する。

第2回 (2023/12/25 13:30-15:00)
<応用レベル>「機械学習原子間相互作用を用いた構造材料の原子シミュレーション」
講師　 尾方 成信 大阪大学大学院基礎工学研究科 教授
　　　　/ OGATA Shigenobu(Professor, Osaka University)

　第一原理計算の結果を学習した機械学習原子間相互作用や、第一原理計算より得られるさまざまな特徴量を学習したニューラルネットワークを用いることにより、これまでにない高い精度で大規模な原子シミュレーションを実行することが可能になっている。講演では、それらを実際に用いた構造材料中の変形、破壊、拡散の解析例を示し、その有効性について述べる。

第3回 (2024/2/8 13:00-15:20)
<基礎レベル>「トポロジカルデータ解析入門」
<応用レベル>「トポロジカルデータ解析の材料科学への応用」
講師　 平岡 裕章 京都大学高等研究院 教授
　　　　/ HIRAOKA Yasuaki (Professor, Kyoto University)

13:00-13:05 開会挨拶
13:05-14:05 ＜基礎レベル＞
14:05-14:15 休憩
14:15（予定）-15:15　＜応用レベル＞
15:15-15:20 閉会挨拶

＜基礎レベル＞現代社会にはデータが氾濫していますが，人工知能のブラックボックス問題に見られるように，それらが持つ真の価値を十分に活用できていません．このようなビッグデータを有効利用するには，適切な数学言語でデータの本質となる構造を記述し，その記述言語を用いてデータを生み出す現象の背後にある機構に意味を与え理解するプロセスが不可欠です．この問題に対して，図形を研究する数学分野の一つであるトポロジーをデータ解析に応用する「トポロジカルデータ解析」が近年盛んに研究されています．本講演の基礎レベル編ではトポロジーの考え方や基本的な道具について紹介した後に，トポロジカルデータ解析の解説を行いたいと思います．

＜応用レベル＞トポロジーでは連続変形で保たれる構造に着目しますが，この性質がビッグデータ解析ではデータの粗視化や複雑構造の記述などに利用されています．本講演の応用レベル編では，パーシステントホモロジーを材料構造データの記述子とした各種構造解析手法を概説します．特に，パーシステントホモロジーに対する逆解析，機械学習，ソフトウェアを紹介することで，参加者の方々が自分のPCでデータ解析を行えるようになることを目指します．

第4回 (2024/2/27)
<基礎レベル・応用レベル>「OCTA講習会＆トレーニング 2024」
講師
森田　裕史（国立研究開発法人 産業技術総合研究所）
青柳　岳司（旭化成株式会社）
本田　 隆 （お茶の水女子大学）
小沢　 拓 （株式会社JSOL）

スケジュール
13：00－13：05 開会挨拶　久保　百司　（東北大学）
13：05－13：10 始めに（5分）
13：10－13：50 OCTAの概要 （40分）
13：50－14：30 COGNACの機能と事例紹介（40分）
14：30－15：10 SUSHIの機能と事例紹介（40分）
15：10－15：25 休憩（15分）
15：25－15：35 全体質問（10分）
15：35－18：05 OCTAトレーニング（150分）
　　　　　　　　　・ファイル操作や可視化、Pythonスクリプトの使い方
　　　　　　　　　・COGNACとSUSHIを用いたマルチスケールシミュレーション
　　　　　　　　　・AIToolを用いたシミュレーション結果の機械学習（画像分類）
　　　　　　　　　※ 講師がサポートします
18：05－18：10 閉会挨拶　川勝　年洋　（東北大学）

概要
　今回、産学の双方で利用者が多く、マルチスケール シミュレーションに加え、シミュレーション結果の機械学習も可能な「ソフトマテリアルのための統合シミュレータ：OCTA」の講習会を、DDCoMS、PCoMS、RISMEとの共催で実施いたします。

　「ソフトマテリアルのための統合シミュレータ：OCTA」は経済産業省およびNEDOの出資による「高機能材料設計プラットフォームの研究開発」通称「土井プロジェクト」）の成果物として2002年に公開されました。
プロジェクト終了後もバージョンアップが続けられ、2021年6月には最新版のOCTA8.4がリリースされました。

　また、2017年7月には、OCTAの応用事例をまとめた成書である「高分子材料シミュレーション－OCTA活用事例集」（化学工業日報社）の増補版も発行されました。2016年7月には同書の英訳に相当する”Computer Simulation of Polymeric Materials. Applications of the OCTA System"もSpringer社から出版されています。
　さらに、経済産業省およびNEDOの出資により、2016年度に産業技術総合研究所を中心として始動した「超先端材料超高速開発基盤技術プロジェクト」においてAI活用による材料開発の加速などを目的としてOCTAの機能拡張が実施され、その成果の一部はOCTA8.4にも搭載されています。
　これらの背景のもとに、このたびOCTAの講習会とトレーニングを開催します。OCTAを使い始めたばかりの方、これからOCTAを使ってみようとする方、あるいは「そもそもOCTAって何？」という興味を持たれた方など、主に初心者向けの内容です。

　前半ではシミュレーションに用いられている理論的背景の解説を行い、その後、後半にてその実際にOCTAを使って操作法を学んでいただきます。
（各自のPCにOCTAをインストールして頂きます）。
内容としては、
・OCTAの代表的な入出力ファイルとその可視化方法
・OCTA上でのPythonスクリプトの使い方
・COGNAC（分子動力学エンジン）とSUSHI（平均場法エンジン）を用いたマルチスケールシミュレーション
・AITool（機械学習ツール）を用いたシミュレーション結果の機械学習のデモ などを取り上げます。
　また、最後にOCTAに関する総合的な質疑応答の時間を取り、ユーザー、エンジン開発者との直接的な議論の場を設けます。
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[ダウンロード用プログラム&各自でご用意いただく物]

■各自でご用意いただく物
トレーニングではOCTA8.4を用います。
以下の手順を参考に、できるだけ事前にインストールを行っておいてください。

■トレーニングで用いるOCTAのダウンロード方法

対応OS
今回の講習会はWindowsOSにて説明を行います。テキストはWindows向けの記載です。
当日の実習のサポートOSはWindowsに限定させていただきます。
ご用意いただくWindowsOSは10、11（64ビット版）のいずれかでお願いいたします。

Linux/Macについては、事前にインストールしていただき、
問題が生じた際にご自身で対応いただける場合は受講可能です。
講習会当日、講師によるサポートはできませんのでご注意下さい。
拡張OCTA(AItool)の機能はLinuxでは動作確認済みですが、Macでは未確認です。

(1)OCTA-BBSのサイトにアクセスしてください。
http://49.212.191.63/phpBB/
※初めての方は上記サイトでアカウント登録を行うことを推奨します。
（インストーラのダウンロードのためには不要です）

(2)上記サイトにあるOCTA8.4の中に入って下さい。
いくつかのバージョンが並んでいますが、「OCTA8.4.1」に含まれる「OCTA841_WIN64.exe」が
最新版のインストーラです。
ダウンロードしたインストーラを実行して、インストールしてください。
対象OSはWindows 10, 11 の64bit版となります。
※今回のセミナーで用いる機能は「OCTA8.4」でも可能ですので、
　「OCTA8.4」を使っている方は、今回のセミナーでは「OCTA8.4.1」を必ずしも
　インストールする必要はありません。

(3) インストール後、COGNACなどのエンジン実行時にエラーが出る場合、
「Microsoft Visual C++ 再頒布可能パッケージ（2015、2017、2019、および2022）」
をインターネットで検索、ダウンロードしてインストールしてください。
例えば、
https://learn.microsoft.com/ja-jp/cpp/windows/latest-supported-vc-redist?view=msvc-170#visual-studio-2015-2017-2019-and-2022
にあります vc_redist.x64.exe　が相当します（64bit版）。

第5回 Postponed (2024/3/28 13:00-17:00)
<基礎レベル・応用レベル>「TOMBO Seminar: Introduction, Examples, and Hands-On 2024」
Notes　
As of 2024/2/14, this seminar has been postponed due to the instructor's availability. We will announce an alternative date as soon as a date is set, but it is expected to be after April.
講師/Lecturers　
Yoshiyuki Kawazoe (NICHe, Tohoku University)
Ryoji Sahara (RCSM, NIMS)
Aaditya Manjanath (RCSM, NIMS)
Kaoru Ohno (Yokohama National University)
概要/Overview
　This seminar is for anyone, who is interested in the first-principles code, TOMBO. TOMBO uses the all-electron mixed basis approach, in which one-electron orbitals are expressed with both plane waves and atomic orbitals. TOMBO can handle both isolated systems and crystal (or periodic) systems in a unified way. It can perform not only LDA calculations but also GW calculations. It also handles the TDGW molecular dynamics (MD) simulations in the excited states as well as the usual ab initio MD simulations in the ground state, which can produce big data.



問合せ先 /
contact address：		 Professional development Consortium for Computational Materials Scientists (PCoMS)
PCoMS office
(pcoms=grp.tohoku.ac.jp : Please replace = with @.)
東北大学金属材料研究所　計算物質科学人材育成コンソーシアム（PCoMS）事務局
メール：　pcoms=grp.tohoku.ac.jp (=を@に変更してください。)

共催 / cohosts ： 計算材料科学が主導するデータ駆動型研究手法の開発とマテリアル革新（DDCoMS）
　　/ Data Driven Computational Materials Science(DDCoMS)
計算物質科学人材育成コンソーシアム(PCoMS)
　　/ Professional development Consortium for Computational Materials Scientists(PCoMS)
極限環境対応構造材料研究拠点（RISME）
　　/ Research Initiative of Structural Materials for Extreme Environment（RISME）

協賛 /Cooperation ： 東北大学 金属材料研究所 計算材料学センター
Center for Computational Materials Science, Institute for Materials Research, Tohoku University
計算物質科学協議会
Computational Materials Science Form
データ創出・活用型マテリアル研究開発プロジェクト　データ連携部会
DxMT CoLabo


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