ระบบปัญญาประดิษฐ์ TEM Agent ช่วยให้การทดลองด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนง่ายขึ้นและเร็วขึ้น

[ต้นฉบับ]

การใช้งานกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่ทรงพลังที่สุดในโลกต้องใช้การฝึกอบรมหลายสัปดาห์ ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอเรนซ์ เบิร์กลีย์ นักวิจัยสามารถอธิบายการทดลองด้วยภาษาอังกฤษง่ายๆ และให้ตัวแทนปัญญาประดิษฐ์ดำเนินการได้ ระบบที่เรียกว่า TEM Agent นี้ถูกสร้างขึ้นที่โรงงานโมเลกุลของกระทรวงพลังงานสหรัฐ ซึ่งตั้งอยู่ที่ห้องปฏิบัติการเบิร์กลีย์ ระบบนี้ควบคุมกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบ透射 ซึ่งเป็นเครื่องมือที่สามารถแสดงตำแหน่งของอะตอมในวัสดุได้อย่างชัดเจน เพื่อกำหนดความแข็งแรง ความนำไฟฟ้า ความสามารถในการเก็บพลังงานของแบตเตอรี่ และวิธีที่ยาเชื่อมต่อกับเซลล์

กล้องจุลทรรศน์ของโรงงานโมเลกุลสามารถสร้างภาพโครงสร้างที่มีขนาดประมาณครึ่งหนึ่งของอะตอมไฮโดรเจน นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยและบริษัทต่างๆ จะเดินทางมาใช้สิ่งอำนวยความสะดวกเหล่านี้ การเรียนรู้มีความชันค่อนข้างสูง นักวิจัยบางคนที่มาเยี่ยมชมแม้จะเรียนหลักสูตรกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนมาแล้วหนึ่งภาคเรียน แต่ก็ยังต้องการการฝึกฝนหลายสัปดาห์ แม้แต่ผู้เชี่ยวชาญก็ยังพบปัญหาในการประมวลผลข้อมูล: ตัวตรวจจับสามารถสร้างข้อมูลประมาณ 700GB ในเวลา 15 วินาที ซึ่งเร็วกว่าความสามารถในการประมวลผลด้วยมืออย่างมาก ส่งผลให้เกิดปัญหาคอขวด แม้ว่าอุปกรณ์จะมีความสามารถมากขึ้น แต่จำนวนคนที่สามารถใช้งานและวิเคราะห์ได้ก็ไม่สามารถตามทัน

AI เพิ่มประสิทธิภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

ทีมงานมีขั้นตอนอัตโนมัติในการจัดการงานซ้ำๆ เช่น การสร้างภาพของอนุภาคนาโนจำนวนมาก แต่ตามที่นักวิทยาศาสตร์ผู้รับผิดชอบการวิจัย Peter Elues กล่าว โปรแกรมเหล่านี้ทำงานเหมือนสายการผลิตในโรงงาน โดยดำเนินการตามโปรแกรมที่ตั้งไว้เท่านั้น เมื่อเกิดสถานการณ์ที่ไม่คาดคิดจะหยุดทำงาน และไม่สามารถปรับเปลี่ยนได้โดยวิศวกรที่ไม่ใช่หุ่นยนต์ ทีมงานจึงตัดสินใจไม่เริ่มใหม่ แต่ใช้โมเดลบริบทโปรโตคอลในการเขียนโปรแกรมเหล่านี้ใหม่ ซึ่งเป็นมาตรฐานเปิดที่ให้ชุดการดำเนินการที่เฉพาะเจาะจงแก่ปัญญาประดิษฐ์ แทนที่จะเป็นการควบคุมแบบเปิด ด้วยเครื่องมือชุดนี้ TEM Agent สามารถเชื่อมโยงขั้นตอนต่างๆ เข้าด้วยกัน แม้จะเป็นคำขอที่ไม่ได้ถูกโปรแกรมไว้ก็ตาม

นักวิจัยอธิบายการทดลองด้วยภาษาอังกฤษง่ายๆ ตัวแทนจะปรับขนาดการขยาย มุมของตัวอย่าง และปรับโฟกัสของลำแสงตามความจำเป็น และเชื่อมโยงหลายสิบขั้นตอนเล็กๆ ทีมงานได้ทดสอบระบบนี้ในการสแกนภาพสามมิติ ซึ่งเทคนิคนี้จะสร้างภาพสามมิติจากภาพที่เอียง ซึ่งปกติจะใช้เวลาหลายชั่วโมง ในตอนแรก ตัวแทนสับสนระหว่างการหมุนตัวอย่างกับการหมุนทิศทางการสแกน แต่คำอธิบายสั้นๆ ก็แก้ไขปัญหานี้ได้ นักวิทยาศาสตร์การวิจัยของโรงงานโมเลกุล Stefanie Reibet ได้ผลักดันให้เข้าสู่พื้นที่ที่มีการทดลองมากขึ้น รวมถึงการกระจายเฟส ซึ่งเป็นเทคนิคในการสร้างภาพความละเอียดสูงจากลวดลายการกระจาย ซึ่งปกติจะต้องใช้ความรู้เฉพาะทางในการตั้งค่า

อินเตอร์เฟซภาษาธรรมชาติส่งเสริมการสื่อสาร

การเชื่อมต่อปัญญาประดิษฐ์กับฮาร์ดแวร์ทางวิทยาศาสตร์นั้นท้าทายกว่าการเชื่อมต่อกับเอกสารหรือท่อข้อมูล Reibet กล่าว ขณะที่โปรโตคอลนี้ให้ทีมงานมีวิธีการเชื่อมโยงทั้งสองอย่าง ตัวแทนยังเชื่อมต่อกับศูนย์คอมพิวเตอร์วิจัยทางวิทยาศาสตร์พลังงานแห่งชาติ ซึ่งเป็นสิ่งอำนวยความสะดวกการคำนวณขั้นสูงของกระทรวงพลังงาน และแพลตฟอร์มข้อมูลของโรงงานโมเลกุล Crucible ซึ่งจัดระเบียบข้อมูลเมตาของการทดลอง ข้อมูลดิบสามารถประมวลผลได้ในไม่กี่วินาที และนักวิจัยสามารถสอบถามการตั้งค่าที่ใช้กับตัวอย่างได้ในไม่กี่สัปดาห์ โดยไม่ต้องค้นหาเอกสารหรือสมุดบันทึก

Morgan Wall ผู้รับผิดชอบการพัฒนา Crucible กล่าวว่า ผู้ใช้สามารถสื่อสารผ่านอินเตอร์เฟซด้วยภาษาธรรมชาติ แทนที่จะต้องทำงานกับสคริปต์ห้าชุดบนคอมพิวเตอร์ห้าตัว วิธีการนี้สามารถขยายไปยังอุปกรณ์อื่นๆ ที่มีอินเตอร์เฟซเปิด ทีมงานของ Wall กำลังช่วยศูนย์วิจัยนาโนอื่นๆ ในการนำ Crucible ไปใช้ แถลงการณ์ระบุว่า เป้าหมายไม่ใช่การแทนที่ความรู้เฉพาะทาง แต่เป็นการขยายมัน เพื่อให้ผู้เริ่มต้นและนักวิจัยที่มีประสบการณ์สามารถมีเส้นทางที่รวดเร็วขึ้นจากแนวคิดไปสู่การทดลอง Elues คาดว่าผู้ช่วยประเภทนี้จะทำให้การทำงานนี้เป็นประชาธิปไตย การวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนจากสำนักงานวิทยาศาสตร์ของกระทรวงพลังงาน และผลลัพธ์ได้เผยแพร่ในวารสาร npj Computational Materials