Исследователи используют машинное обучение для ускорения химических открытий

Coatings Today
07.05.2019 313

Бруклин, Нью-Йорк – Алгоритмы машинного обучения могут предсказывать колебания курсов ценных бумаг на бирже, управлять сложными производственными процессами, обеспечивать навигацию роботов и автономных транспортных средств и многое другое. В настоящее время исследователи из Инженерной школы Тандон при Нью-Йоркском университете работают над новыми возможностями в области искусственного интеллекта, объединяя искусственные нейронные сети с ИК-тепловидением для регулировки и интерпретации химических реакций с точностью и скоростью, во много раз превосходящими традиционные методы. Инновация заключается в том, что данная технология была разработана и испытана на новейших микрореакторах, позволяющих совершать химические открытия быстро и с меньшим количеством вредных для окружающей среды отходов по сравнению со стандартными крупномасштабными реакциями.

"Данная система может сократить процесс принятия решений относительно определенных химических производственных процессов с года до нескольких недель, избавляя от тонн химических отходов и потребления энергии в процессе", — говорит Райан Хартман, доцент кафедры химических и биомолекулярных технологий школы Тандон и ведущий автор статьи о данном методе в журнале Computers & Chemical Engineering.

В прошлом году Хартман представил новый класс миниатюрных химических реакторов, в которых реакции, традиционно проходящие в крупных реакторах вместимостью до 100 литров химических веществ, выполняются в микромасштабе с использованием всего нескольких микролитров жидкости — размер небольших капель. Такие микрофлюидные реакторы полезны при анализе катализаторов для создания или изучения соединений и исследования взаимодействий при разработке лекарственных средств; предполагается, что они сократят отходы, ускорят инновации и повысят безопасность химических исследований.

Хартман и его команда увеличили функциональность данных реакторов, объединив их с двумя дополнительными технологиями: инфракрасной термографией, методом формирования изображения, при котором улавливается тепловая карта с отображением изменений тепла в ходе химической реакции, и контролируемым машинным обучением, областью искусственного интеллекта, связанной с использованием алгоритма для интерпретации данных на основе вводных параметров, задаваемых исследователями, проводящими эксперименты.

Вместе эти технологии позволяют исследованиям наблюдать за изменениями тепловой энергии в ходе химических реакций (они обозначаются цветом на тепловом изображении) и быстро интерпретировать данные изменения. Благодаря бесконтактному характеру инфракрасной термографии, данный метод можно использовать даже для реакций, проходящих при экстремальных температурах или в сложнейших условиях, например, в биореакторе, требующем стерильности.

Исследовательская группа впервые обучает искусственные нейронные сети контролю и интерпретации инфракрасных тепловых изображений микрофлюидных устройств с термоэлектрическим охлаждением. Потенциальное влияние на инновации и экологическую безопасность огромно.

Крупные химические компании могут испытывать сотни катализаторов, создавая новые полимеры, и каждая реакция требует более сотни литров химических веществ и 24 часа работы или более.

Испытания такого количества катализаторов с помощью существующих лабораторных процессов может занять год. Подход Хартмана позволяет выполнить весь процесс за несколько недель, с соответствующим снижением отходов и потребляемой энергии. По оценкам Хартмана, одна промышленная вытяжка, применяемая для регулировки дыма в ходе крупномасштабных химических испытаний, потребляет в год столько же энергии, сколько и средний дом в США.

Помимо Хартмана, в группу исследователей входит аспирант школы Тандон Бенджамин Рицкин и 18-летняя Карина Попович, ученица Бруклинской средней школы, которая пришла в лабораторию Хартмана в рамках программы Национального научного фонда InspirED, предоставляющей одаренным ученикам средних и старших классов возможность написать свои дипломные работы по химическим технологиям в лаборатории Хартмана (Flow Chemistry with Microsystems Laboratory).

Национальный научных фонд также выдал грант на исследования группы и позволил студентам создать в лаборатории первый в мире микрореактор с искусственным интеллектом.

Статья "Искусственные нейтронные сети, контролирующие микрофлюидные устройства с термоэлектрическим охлаждением с помощью машинного зрения на основе инфракрасной термографии" доступна на сайте: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0098135418308184?via%3Dihub

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Karlmann King
Karlmann King
«Карлманн Кинг» не только имеет внешность, вдохновленную бомбардировщиками-невидимками, но и цену бомбардировщика-невидимки — от 1,9…
Coatings Today
02.11.2019
43
Впервые на выставке «Металлообработка-2018» – 3D / AM !
Впервые на выставке «Металлообработка-2018» – 3D / AM !
Впервые на международной выставке «Металлообработка-2018» в павильоне №5 будет представлен раздел аддитивных технологий и 3D-печати…
Coatings Today
13.04.2018
274
Между небом и землей
Между небом и землей
Март 2019 г. — Австралийский художник Кристиан де Виетри создал каноническую скульптуру “Между небом и…
Coatings Today
25.03.2019
240
50 ЛЕТ В ДЕЛЕ. Компания Henkel отмечает 50-ю годовщину клеящего карандаша Pritt.
50 ЛЕТ В ДЕЛЕ. Компания Henkel отмечает 50-ю годовщину клеящего карандаша Pritt.
Компания Henkel недавно объявила, что в этом году клеящему карандашу Pritt исполнится 50 лет. В…
Coatings Today
07.07.2019
438
BMW раскрывает планы производства для Африки
BMW раскрывает планы производства для Африки
Мировой производитель автомобилей премиум-класса BMW, который имеет производственные предприятия в Южной Африке и Египте, планирует…
Coatings Today
25.06.2018
253
Новое огнезащитное покрытие для деревянных поверхностей
Новое огнезащитное покрытие для деревянных поверхностей
Недавно проведенное исследование было посвящено огнезащитному покрытию на основе силиконовой смолы, модифицированной эпоксидной смолой, для…
13.10.2022
40
Wacker представил диспергируемый порошковый полимер для плиточного клея
Wacker представил диспергируемый порошковый полимер для плиточного клея
Vinnapas® 8812 T придает сухим строительным смесям водонепроницаемость, и в результате их можно использовать во…
Coatings Today
20.05.2019
373
Достижения в области удаления окалины при почти нейтральном pH
Достижения в области удаления окалины при почти нейтральном pH
Линейка продуктов UniPrep AC от компании Atotech — то универсальная альтернатива химическим и механическим методам…
Coatings Today
01.04.2021
373
Компания ABB представляет новую окрасочную станцию
Компания ABB представляет новую окрасочную станцию
Предполагается, что благодаря новой компактной окрасочной станции производители автомобилей смогут сократить размеры своих окрасочных камер…
Coatings Today
10.01.2021
173