Nanostruktury odkryte przez sztuczną inteligencję

Nanostruktury odkryte przez sztuczną inteligencję

Naukowcy z Brookhaven National Laboratory (USA) wykorzystując sztuczną inteligencję (SI) zidentyfikowali nowego typu, skomplikowane materiały. Dzięki algorytmowi inteligentnego programu komputerowego byli w stanie opracować trzy nanostruktury, które wcześniej były niemożliwe do zidentyfikowania.

.Na łamach magazynu „Science Advances” naukowcy z Brookhaven National Laboratory (USA) opisali trzy nanostruktury odkryte przez inteligentny program komputerowy. Powstały one w procesie samoorganizacji – odpowiednio dobrane cząsteczki samoczynnie połączyły się w unikalne wzory. Bada się tworzenie w taki sposób materiałów do wykorzystania np. w mikroelektronice, katalizatorach i wielu innych zastosowaniach.

„Samoorganizację można wykorzystać do tworzenia nanostruktur, które mogą napędzić rozwój mikroelektroniki i sprzętu komputerowego. Technologie te wymagają coraz większej rozdzielczości opartej na coraz mniejszych nanostrukturach. Można stworzyć naprawdę małe elementy o ściśle kontrolowanej budowie, korzystając z samoorganizujących się materiałów” – wyzwanie nakreślił Gregory Doerk, współautor publikacji.

„Jednak nie zawsze ich powstawanie kieruje się regułami, których potrzebujemy np. przy produkcji obwodów. Sterując samoorganizacją z pomocą specjalnego szablonu, możemy uzyskać bardziej użyteczne elementy” – wyjaśniił naukowiec.

Jego zespół z pomocą sztucznej inteligencji uzyskał trzy samoorganizujace się nanostruktury, w tym jedną o skomplikowanym wzorze drabiny.

Nowa technika badań jest przełomowa

.To, że jesteśmy w stanie uzyskać kształt drabiny, o czym nikt wcześniej nie marzył, jest niesamowite. […] Tradycyjna samoorganizacja pozwalała na tworzenie relatywnie prostych struktur, takich jak cylindry, arkusze czy sfery. Jednak odkryliśmy, że z pomocą łączenia dwóch materiałów razem i użycia odpowiedniego podłoża można uzyskiwać zupełnie nowe struktury – stwierdził Kevin Yager, współautor dokonania.

W takim podejściu trzeba jednak precyzyjnie dopasować dużo więcej parametrów, niż przy wcześniejszych, prostszych metodach. W tym momencie wkroczyła właśnie sztuczna inteligencja.

„W dawnej metodzie poszukiwań nowych materiałów syntezuje się próbkę, wykonuje jej pomiary i z uzyskaną wiedzą tworzy się nową próbkę. Potem wielokrotnie powtarza się ten proces […] Zamiast tego stworzyliśmy próbkę, która obejmowały cały zakres wszystkich parametrów. W jednej próbce znalazł się potężny zbiór wielu różnych struktur” – powiedział dr Yager.

Próbkę tę naukowcy poddali obserwacjom z pomocą precyzyjnych promieni rentgenowskich, które ujawniły, jak wyglądają struktury wszystkich stworzonych materiałów. Każdy pomiar był przy tym podawany sztucznej inteligencji. Program zidentyfikował trzy obszary, które warte są bliższego zbadania. Wśród nich znalazła się wspomniana, skomplikowana struktura o kształcie drabiny. Cały eksperyment trwał zaledwie 6 godzin. Naukowcy szacują, że przy tradycyjnym podejściu potrzebowaliby około miesiąca.

„Autonomiczne metody mogą niesamowicie przyspieszyć nowe odkrycia” – podkreślił dr Yager.

„W zasadzie dochodzi do zacieśnienia typowej pętli naukowych badań, dzięki czemu między hipotezą i pomiarem możemy przemieszczać się dużo szybciej. Oprócz prędkości, automatyczne techniki zwiększają zakres tego, co możemy badać, dzięki czemu możemy zajmować się bardziej wymagającymi problemami” – wyjaśnił specjalista.

W dalszych pracach on i jego zespół planują uwzględniać jeszcze większą liczbę parametrów i poszukiwać kolejnych materiałów. Co więcej, podkreślają, że zasadą, na której opiera się wykorzystana metoda można posługiwać się w badaniach z różnych dziedzin. Obecnie udostępniają swój system licznym współpracującym z nimi specjalistom.

„Każdy może z nami pracować, aby przyspieszyć badania nowych materiałów. Przewidujemy, że w nadchodzących latach doprowadzi to do wielu odkryć w priorytetowych dla kraju obszarach, takich jak czyste źródła energii czy mikroelektronika” – powiedział dr Yager.

Nowe technologie zmieniają naukę

.Zaawansowana technika pozwala na nowe rozwiązania w nauce. O jednym z nich – wykorzystaniu DNA, jako nośnika pamięci – pisali prof. Aleksandra OBRĘPALSKA-STĘPLOWSKA i prof. Maciej J. OGORZAŁEK.

Przechowywanie tak dużej ilości danych, możliwość ich kopiowania, przekazywania oraz skuteczne mechanizmy kontroli ich poprawności i korekty błędów – to naturalne cechy kwasu dezoksyrybonukleinowego, DNA. Gdy dodamy do tego, że DNA można wyizolować i poznać jego sekwencję (czyli zakodowaną w nim informację), nawet jeśli pochodzi z dobrze zakonserwowanych skamielin sprzed tysięcy lat, to mamy nośnik idealny. I DNA jest idealnym nośnikiem danych biologicznych, czego dowodem są wszystkie organizmy żywe na świecie. Nic więc zatem dziwnego, że coraz częściej upatruje się w DNA alternatywnego nośnika danych cyfrowych – wskazali naukowcy.

Profesorowie zwrócili też uwagę na to, że DNA ma kilka wspaniałych właściwości do przechowywania danych, także z perspektywy informatyki. „Ocenia się, że w tej samej objętości w pamięci DNA można zgromadzić 100 000 razy więcej „bitów” niż w innych typach pamięci. DNA ma także niezwykłe własności przechowywania informacji w bardzo długim czasie – wymagania energetyczne są minimalne, jest niesłychanie odporne na zakłócenia i zaburzenia, spełnia także wymagania czystego środowiska. Wykorzystanie DNA w systemach pamięci wydaje się niezwykle ciekawym rozwiązaniem – podkreślili badacze.

PAP/Marek Matacz/Wszystko co Najważniejsze/KR

Materiał chroniony prawem autorskim. Dalsze rozpowszechnianie wyłącznie za zgodą wydawcy. 22 stycznia 2023