GL
Guang Lin
Author with expertise in Physics-Informed Neural Networks for Scientific Computing
Achievements
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
9
(56% Open Access)
Cited by:
3
h-index:
37
/
i10-index:
121
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
1

Modelling complex growth profiles ofBacteroides fragilisandEscherichia colion various carbohydrates in an anaerobic environment

Zachary McGuire et al.May 2, 2023
Abstract Previously published models for microbial growth focus only on either death or growth and are unable to account for differently shaped growth curves. Currently, there is no model capable of incorporating combinations of microbial growth trends. This study creates a bacterial growth model that incorporates growth, death, lag, and tail phases as well as applies this model to the growth trends of Bacteroides fragilis and Escherichia coli on 13 different carbohydrate substances. Growth trends were collected by measuring the optical densities over 72 hours for either B. fragilis or E. coli in a chemically defined media supplemented by a mono- or disaccharide. The Digital Environment to Enable Data-driven Science (DEEDS) platform was utilized to parse data and apply the developed model to obtain parameter values. E. coli was found to grow on the chemically defined media alone while B. fragilis was unable to grow on it alone. E. coli growth was led by 10 mM concentration of substrates while B. fragilis growth was substrate dependent. Bacterial death only occurred for B. fragilis but was found to be dependent on concentration for the two most significant substrates. A singular model was developed that does not require prior knowledge of metabolomics and is capable of incorporating a combination of growth and death trends.
0

Predicting Mechanical Properties from Microstructure Images in Fiber-Reinforced Polymers Using Convolutional Neural Networks

Yixuan Sun et al.Sep 25, 2024
Evaluating the mechanical response of fiber-reinforced composites can be extremely time-consuming and expensive. Machine learning (ML) techniques offer a means for faster predictions via models trained on existing input–output pairs and have exhibited success in composite research. This paper explores a fully convolutional neural network modified from StressNet, which was originally used for linear elastic materials, and extended here for a non-linear finite element (FE) simulation to predict the stress field in 2D slices of segmented tomography images of a fiber-reinforced polymer specimen. The network was trained and evaluated on data generated from the FE simulations of the exact microstructure. The testing results show that the trained network accurately captures the characteristics of the stress distribution, especially on fibers, solely from the segmented microstructure images. The trained model can make predictions within seconds in a single forward pass on an ordinary laptop, given the input microstructure, compared to 92.5 h to run the full FE simulation on a high-performance computing cluster. These results show promise in using ML techniques to conduct fast structural analysis for fiber-reinforced composites and suggest a corollary that the trained model can be used to identify the location of potential damage sites in fiber-reinforced polymers.
0

Bayesian optimization with Gaussian-process-based active machine learning for improvement of geometric accuracy in projection multi-photon 3D printing

Jason Johnson et al.Jan 20, 2025
Abstract Multi-photon polymerization is a well-established, yet actively developing, additive manufacturing technique for 3D printing on the micro/nanoscale. Like all additive manufacturing techniques, determining the process parameters necessary to achieve dimensional accuracy for a structure 3D printed using this method is not always straightforward and can require time-consuming experimentation. In this work, an active machine learning based framework is presented for determining optimal process parameters for the recently developed, high-speed, layer-by-layer continuous projection 3D printing process. The proposed active learning framework uses Bayesian optimization to inform optimal experimentation in order to adaptively collect the most informative data for effective training of a Gaussian-process-regression-based machine learning model. This model then serves as a surrogate for the manufacturing process: predicting optimal process parameters for achieving a target geometry, e.g., the 2D geometry of each printed layer. Three representative 2D shapes at three different scales are used as test cases. In each case, the active learning framework improves the geometric accuracy, with drastic reductions of the errors to within the measurement accuracy in just four iterations of the Bayesian optimization using only a few hundred of total training data. The case studies indicate that the active learning framework developed in this work can be broadly applied to other additive manufacturing processes to increase accuracy with significantly reduced experimental data collection effort for optimization.