ابزار هوش مصنوعی جدید آرگون، تحلیل بی‌درنگ را به علم مواد می‌آورد

آزمایشگاه ملی آرگون از DONUT رونمایی کرد؛ یک شبکه عصبی آگاه از فیزیک که تحلیل پرتو ایکس را به‌صورت آنی ارائه می‌دهد و انتظار هفته‌ها را که به‌طور سنتی پس از آزمایش‌های علم مواد وجود داشت، از میان می‌برد. این سیستم بدون نیاز به مجموعه‌داده‌های برچسب‌دار عظیم که اکثر مدل‌های هوش مصنوعی را تغذیه می‌کنند، کار می‌کند و راه را برای تحقیقات سریع‌تر و خودگردان‌تر هموار می‌سازد.

چرا تحلیل بی‌درنگ اهمیت دارد

در آزمایش‌های متداول خط پرتو (beam-line)، دانشمندان داده‌های پراش پرتو ایکس را جمع‌آوری می‌کنند و سپس هفته‌ها یا ماه‌ها را صرف پردازش آن‌ها برای استنتاج ساختار یک ماده می‌کنند. این تأخیر می‌تواند محققان را مجبور به طراحی مجدد یک آزمایش کند یا باعث شود پدیده‌های گذرا که تنها در حین اندازه‌گیری رخ می‌دهند، از دست بروند. DONUT داده‌ها را همزمان با ثبت جریان‌دهی می‌کند و بازخورد فوری ارائه می‌دهد تا محققان در صورت تغییر نمونه در حین آزمایش، بتوانند واکنش نشان دهند.

چگونه DONUT از چالش برچسب‌گذاری داده‌ها عبور می‌کند

ابزارهای معمول یادگیری عمیق به آموزش نظارت‌شده متکی هستند: هزاران نمونه که در آن هر الگوی پرتو ایکس با یک ساختار شناخته‌شده مطابقت داده می‌شود. ساختن این کتابخانه‌ها بسیار پرزحمت است و اغلب برای مواد جدید یا پیچیده غیرممکن می‌باشد. DONUT به‌صورت بدون نظارت یاد می‌گیرد و قوانین فیزیکی حاکم بر تعامل پرتو ایکس را مستقیماً در معماری خود جای می‌دهد. این شبکه با درونی‌سازی این محدودیت‌ها، اطلاعات ساختاری را بدون نیاز به دیدن حتی یک نمونه برچسب‌دار قبلی، استنتاج می‌کند.

تأثیر بالقوه بر تحقیقات

  • تسریع در کشف – این سرعت به محققان اجازه می‌دهد تا باتری‌ها، کاتالیزورهای شیمیایی و قطعات الکترونیکی را سریع‌تر مطالعه کنند.
  • دسترسی گسترده‌تر – کاربرانی که تخصص عمیقی در تحلیل پراش ندارند نیز می‌توانند آزمایش‌ها را اجرا کرده و نتایج قابل استفاده به دست آورند، که این امر مانع ورود آزمایشگاه‌های نوپا را کاهش می‌دهد.
  • آزمایش‌های تطبیقی – از آنجایی که مدل خود را با آخرین اندازه‌گیری‌ها به‌روز می‌کند، آزمایش‌ها را به سمت خودگردانی سوق می‌دهد.

جمع‌بندی

DONUT نشان می‌دهد که گنجاندن فیزیک در هوش مصنوعی می‌تواند گلوگاه برچسب‌گذاری داده‌ها را دور بزند و آزمایش‌های پرتو ایکس را از یک کار دشوار و کندِ پس‌پردازش، به یک فرآیند اکتشافی تعاملی و درجا تبدیل کند.