ИИ ORNL научился автономно собирать функциональные материалы атом за атомом
Учёные Национальной лаборатории Оук-Ридж (ORNL, США) создали полностью автоматизированную систему на основе искусственного интеллекта, способную строить функциональные материалы атом за атомом — без участия человека-оператора на протяжении более 25 часов. (cite index=»76-1″>Работа опубликована в журнале ACS Nano.
Как работает «атомная стройка»
(cite index=»76-1″>Представьте стройплощадку, где «кирпичи» — отдельные молекулы, а «краны» — микроскопические иглы, достаточно острые, чтобы чувствовать отдельный атом. На протяжении десятилетий работа в таком масштабе была медленным и трудоёмким процессом, где одна ошибка человека могла сломать деликатный инструмент.
(cite index=»76-1″>Теперь исследователи передали управление искусственному интеллекту, способному «учиться» самостоятельно строить эти материалы, работая более 25 часов подряд без участия оператора.
Глаза и мозг системы
(cite index=»76-1″>Команда разработала модели ИИ, выполняющие роль «глаз» и «мозга». В качестве «глаз» использовалась модель компьютерного зрения YOLO («You Only Look Once») — для быстрого обнаружения молекул на поверхности меди. В качестве «мозга» применялось обучение с подкреплением: модель оценивала разные стратегии перемещения молекул и получала числовое вознаграждение в зависимости от успешности каждой попытки.
(cite index=»76-1″>Вознаграждение было максимальным, когда молекула достигала нужного места, и значительно меньшим при промахе. Связывая высокое вознаграждение с успешными действиями, модель научилась выбирать оптимальное сочетание электрического тока, напряжения и скорости манипуляции, чтобы «сдвигать» молекулы на нужное место без повреждения кончика микроскопа.
Искусственный графен и надпись ORNL
(cite index=»76-1″>Исследователи доказали результат, использовав ИИ для построения искусственной графеновой решётки из 37 молекул в идеальном сотовом паттерне. Главное: структура была функционально подтверждена — в ней обнаружена точка Дирака, уникальная электронная сигнатура, доказывающая, что рукотворный материал ведёт себя в точности как настоящий графен. Чтобы продемонстрировать versatility, ИИ даже выложил надпись ORNL из отдельных молекул.
(cite index=»76-1″>«Это позволяет атомарно точное создание структур при значительно меньшем участии человека», — сказал Ганеш Нарасимха, ведущий разработчик программного обеспечения.
Будущее и ограничения
(cite index=»76-1″>Процесс пока частично автоматизирован: оператор всё ещё должен иногда вмешиваться, чтобы скорректировать или восстановить кончик микроскопа при нестабильности. Кроме того, строительство чувствительно ко времени: конструкция решётки из 37 молекул потребовала около 900 итераций за 25 часов, каждая манипуляция занимала примерно одну минуту.
Читайте также по теме: замкнутом ИИ-контуре для поиска материалов.
(cite index=»76-1″>Исследователи указывают на будущий переход к «инверсному дизайну»: учёные определяют желаемые электронные свойства, а ИИ автономно определяет и строит нужную структуру. Это жизненно важный шаг к созданию топологических кубитов — строительных блоков ультрастабильных квантовых компьютеров.
