Koneoppiminen etsii uusia materiaaleja

Kuvassa infrapunavalo osuu dielektriseen metamateriaaliin, joka mahdollistaisi lämpöenergiset laitteet, jotka muuntavat hukkalämpöä sähköksi.

Duken yliopiston sähköinsinöörit ovat hyödyntäneet koneoppimisen voimaa suunnitellakseen dielektrisiä (ei-metallisia) metamateriaaleja, jotka absorboivat ja emittoivat erityisiä terahertsisäteilyn taajuuksia.

Konehaku supisti yli 2000 vuoden laskennan 23 tunniksi, mikä avasi uuden suunnittelutavan ympäristöllisesti kestävään lämpöenergian kerääjään ja valaistukseen.

Tutkijoiden metamateriaali rakennettiin legomaisista neljän piisylinterien ruuduista. Kunkin sylinterin korkeuden, säteen ja etäisyyden säätäminen muuttaa valon taajuuksia, joiden kanssa metamateriaali on vuorovaikutuksessa.

Näiden kaikkien vuorovaikutusten laskeminen identtiselle sylinterikokoelmalle on vielä yksinkertainen prosessi, jonka voi tehdä kaupallisilla ohjelmistoilla. Mutta sellaisen käänteisen ongelman selvittäminen, jonka geometriat tuottavat halutun ominaisuusjoukon, on paljon vaikeampi tapaus.

Yksi tapa löytää oikea yhdistelmä olisi simuloida kaikki mahdolliset geometriat ja valita paras tulos. Mutta jopa yksinkertaisella dielektrisellä metamateriaalilla, jossa jokaisella neljästä sylinteristä voi olla vain 13 erilaista sädettä ja korkeutta, mahdollisia geometrioita on 815,7 miljoonaa. Jopa parhaimmilla käytettävissä olevilla tietokoneilla kaikkien näiden simulointi vie yli 2000 vuotta.

Prosessin nopeuttamiseksi tutkijat kääntyivät koneoppimisen asiantuntijan apuun, joka loi neuroverkoksi kutsutun koneoppimismallin. Sellainen pystyy tehokkaasti suorittamaan simulaatiokokoelmia nopeammin kuin alkuperäinen simulaatio-ohjelmisto.

Kykyään suunnitella dielektrisiä metamateriaaleja tällä tavoin, Padilla ja Nadell pyrkivät suunnittelemaan uudentyyppisen lämpövalosähköisen rakenteen, joka tuottaa sähköä lämmönlähteistä.

Monet potentiaaliset lääkkeet eivät lopulta etene kliinisiä tutkimusten pidemmälle, mutta Illinoisin yliopistossa tehdyn tutkimuksen ansiosta syövän hoitoon ajateltuja biologisia molekyylejä esitellään nyt orgaanisina puolijohteina käytettäväksi kemiallisissa antureissa ja transistoreissa.

Kemian ja biomolekulaarisen tekniikan professori Ying Diao kertoi olevansa yllättynyt, kun hänen tutkimuksensa kaksi suuntaa - lääkekehitys ja tulostettava elektroniikka - sulautuivat laboratoriossa löytämällä puolijohdemaisia ominaisuuksia hyvin tutkitussa bioaktiivisessa molekyylissä.

Tutkitut molekyylit ovat litteitä ja sisältävät siististi pinottuja pylväitä sähköä johtavista molekyylirenkaista. Tyypillisestä puolijohteesta poiketen nämä molekyylipylväät yhdistyvät toisiinsa vetysidoksilla, jotka voivat siirtää varauksia pylväästä pylvääseen.

Ryhmä tulostaa ja testailee puolijohteitaan mutta myöntää, että niiden tehokkuutta ja suorituskykyä on parannettava.

Siksi he suunnittelevat yhteistyötä koneoppimisen tutkijoiden kanssa, jotka voivat kouluttaa tietokoneita havaitsemaan näiden molekyylien ainutlaatuiset ominaisuudet. "He voivat kaivaa nykyään valtavia farmaseuttisia tietokantoja etsiäkseen molekyylejä, joilla on samanlaisia tai ehkä jopa parempia puolijohdeominaisuuksia," toivoo professori Diao.

Aiheesta aiemmin:

Aalto-yliopiston kvanttitutkijat ahkerina

Sähköisten polymeerien etsintä helpottuu