Inteligência Artificial descobre novo material tecnológico
Nas abordagens convencionais para a descoberta de novos materiais, os cientistas procuram perto do que já conhecem, como um navio explorando apenas as águas próximas à costa. A nova abordagem coordena uma pesquisa mais inteligente em uma área muito maior. |
IA sem treinamento
Pela primeira vez, um sistema de
inteligência artificial fez uma descoberta científica - um novo material - sem
qualquer auxílio humano.
"[O sistema de] IA não é
supervisionado. Muitos tipos de IA precisam ser treinados ou supervisionados.
Em vez de pedir que aprendam as leis físicas, nós as codificamos na IA. Você
não precisa de um humano para treinar a IA," ressaltou o professor Aaron
Kusne, do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia dos EUA.
Os pesquisadores incluíram no
programa o conhecimento dos princípios-chave do experimento, incluindo dados de
simulações e experimentos de laboratório, como o equipamento funciona e os
conceitos físicos básicos necessários - para este primeiro teste, eles
incluíram particularmente o conhecimento sobre o mapeamento de fase, que
descreve como o arranjo dos átomos em um material muda com sua composição
química e a temperatura.
IA controlando laboratório
A equipe então conectou o
computador no qual o programa roda diretamente a uma linha de luz do
laboratório síncrotron SSRL (Fonte Luminosa de Radiação Síncrotron de
Stanford), projetada para fazer um tipo de análise chamada difração de raios X.
Ao identificar os ângulos em que
os raios X refletem em uma amostra é possível determinar como os átomos estão
dispostos no material, ou seja, a difração de raios X revela a estrutura
cristalina do material. Compreender como os átomos estão dispostos em um
material é importante para determinar suas propriedades, como o quão duro ou o
quão eletricamente isolante ele é, e o quanto ele é adequado para uma aplicação
específica.
Acontece que um único experimento
de difração de raios X pode levar uma hora ou mais. É aí que entra o novo
sistema integrado, chamado CAMEO, sigla em inglês para Sistema Autônomo em
Circuito Fechado para Exploração e Otimização de Materiais. Com ele, o processo
pode ser feito em 10 segundos.
O algoritmo instalado no
computador decide qual composição de material estudar a seguir, escolhendo em
qual material os raios X serão concentrados para investigar sua estrutura
atômica. A cada nova iteração, o programa aprende com as medições anteriores e
identifica o próximo material a estudar. Isso permite que a inteligência
artificial explore como a composição de um material afeta sua estrutura e
identifique o melhor material para a tarefa em questão.
Essa abordagem permitiu que o CAMEO descobrisse o material Ge4Sb6Te7 (os pesquisadores encurtaram o nome dele para GST467). O programa recebeu 177 materiais potenciais para estudar, cobrindo uma grande variedade de receitas composicionais. Para chegar a esse material, ele realizou 19 ciclos experimentais diferentes, que duraram 10 horas, em comparação com as 90 horas estimadas que um cientista levaria com o conjunto completo de 177 materiais.
O sistema de inteligência artificial opera em circuito fechado. Cada ciclo dura de alguns segundos a vários minutos. |
Mudança de fase e neuromórfico
O GST467, composto por três
elementos diferentes (germânio [Ge], antimônio [Sb] e telúrio [Te]), é um material
com memória de fase, ou seja, ele muda sua estrutura atômica de cristalina
(material sólido com átomos em posições regulares) para amorfa (material sólido
com átomos em posições aleatórias) pela aplicação de calor. Esse tipo de
material está na vanguarda das pesquisas de melhores memórias eletrônicas, para
armazenamento de dados digitais.
Embora existam infinitas
variações de composição possíveis na liga Ge-Sb-Te, o novo material GST467
descoberto pelo programa de inteligência artificial é ideal para as aplicações
envolvendo os materiais com memória de fase.
Em um DVD ou disco Blu-ray, por
exemplo, o contraste óptico entre o material cristalino e o material amorfo
permite que o laser entenda os bits, distinguindo entre as regiões que têm alta
ou baixa refletividade. Acontece que o material GST467 tem o dobro do contraste
óptico do material mais usado hoje para DVDs (Ge2Sb2Te5).
O GST467 também promete
aplicações em chaves ópticas, que controlam a direção da luz em um circuito, e
na computação
neuromórfica, que desenvolve componentes que emulam a estrutura e a função
de neurônios no cérebro.
Noticia: Inovação Tecnologica
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