F7PMINNI-N - Nanoinformatics

Cílem předmětu Nanoinformatika je seznámit studenty s problematikou nanomateriálů a nanostruktur a sběru dat v tomto prostředí. Navazující přednášky uvedou studenty do problematiky reprezentace dat a informací o materiálech, strukturách a vlastnostech, zdrojích dat, složitějších formách reprezentace v podobě ontologií. Další přednášky budou zaměřeny na metody strojového učení použitelné pro data z nanosvěta. Na závěr se studenti seznámi s nejnovějšími trendy v nanoinformatice.

Zápočet: aktivní účast na řešení úloh, vypracované protokoly.

Zkouška: ústní zkouška - prokázání znalostí odpovídajících odpřednášené látce

1.Úvod do nanoinformatiky, definice kontextu, základní pojmy

2.Sběr dat v prostředí nanomateriálů a nanostruktur, kvalita a úplnost dat

3.Reprezentace materiálů, struktur a vlastností

4.Zdroje dat, metadata, otevřené databáze v nanosvětě

5.Ontologie obecně, ontologie nanočástic, ontologie eNanoMapper a NanoDatabank

6.Statistické modelování, deskriptory

7.Metody strojového učení bez učitele a jejich využití pro analýzu podobnosti, profilování a shlukování (PCA, shluková analýza, samoorganizující se mapy)

8.Metody strojového učení s učitelem pro doplňování chybějících dat (kvantitativní modely vztahu struktura-aktivita, analýza trendů, přístup „read-across“)

9.Modelování vlastností a interakcí nanomateriálů

10.Vztah nanoinformatiky a nanotoxikologie. Perspektivy

Témata seminářů a počítačových cvičení budou přizpůsobena aktuálním trendům a budou sledovat obsah přednášek.

Studenti budou řešit samostatné úlohy s využitím otevřených zdrojů v nanoinformatice, jako např. eNanoMapper (https://data.enanomapper.net/, http://www.enanomapper.net/nsc-modelling-tools, http://www.jaqpot.org/). Příklady úloh:

Výběr dat, trénování modelu a predikce vlastností (Experiment 1)

Validace existujícího modelu s využitím vybraných metod (Experiment 2)

1.-2. Úvod do nástrojů eNanoMapper a dalších, princip úloh, vyhledávání vhodné literatury k tématu

3. Diskuse o literatuře a návrhu experimentálního protokolu

4. - 6. Realizace experimentu a zpracování dat (Experiment 1)

7. – 8. Realizace experimentu a zpracování dat (Experiment 2)

9. Evaluace úloh a prezentace výsledků

10. Finální zhodnocení

Tanaka, Isao (Ed.): Nanoinformatics. Springer, 2018, Open Access

Mark D Hoover, Nathan A Baker, Frederick Klaessig, Stacey Harper, Juli Klemm, Victor Maojo, William Andrew, Nanoinformatics: Principles and Practice, Computers, 2018

EU US Roadmap Nanoinformatics 2030 (dostupné z https://www.nanosafetycluster.eu/outputs/eu-us-roadmap-nanoinformatics-2030/)

Tutoriály k nástrojům eNanoMapper: http://www.enanomapper.net/enm-tutorials

Vybrané publikace z elektronické knihovny projektu eNanoMapper: http://www.enanomapper.net/library

• Navazující magisterská studijní specializace Nanotechnologie (povinný předmět)