Исследователи используют машинное обучение для ускорения химических открытий

Coatings Today
07.05.2019 332

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

Специальное покрытие для фарфоровых изоляторов в жестких условиях окружающей среды
Специальное покрытие для фарфоровых изоляторов в жестких условиях окружающей среды
В недавнем исследовании описывается потенциал пористых, пропитанных жидкостью, несмачиваемых покрытий (SLIPS), которые используются для предотвращения…
Coatings Today
16.05.2021
180
Безуглеродное производство алюминия стало на шаг ближе
Безуглеродное производство алюминия стало на шаг ближе
Безуглеродное производство алюминия для различных продуктов, от смартфонов до автомобилей и банок для напитков, стало…
Coatings Today
15.12.2021
98
Новая компостируемая барьерная пленка
Новая компостируемая барьерная пленка
TIPA выпустила новую барьерную пленку 312MET, которую можно компостировать в домашних условиях и в промышленных…
05.10.2022
50
Troy представляет новый высокоэффективный пеногаситель для широкого спектра водных систем
Troy представляет новый высокоэффективный пеногаситель для широкого спектра водных систем
Компания Troy представила Troykyd D767, новый реагент в постоянно расширяющейся линейке высокоэффективных пеногасителей компании. Troykyd…
Coatings Today
13.07.2018
276
ACEMATT® 3400 – Новое матирующее средство
ACEMATT® 3400 – Новое матирующее средство
ACEMATT® 3400 — это новое матирующее вещество семейства продуктов ACEMATT® от компании Evonik Resource Efficiency…
Coatings Today
14.05.2019
483
Редкий минерал упрочняет бетонные смеси
Редкий минерал упрочняет бетонные смеси
Исследователи из Нагойского университета недавно обнаружили редкий минерал, который упрочняет бетон, внутри стен заброшенной электростанции…
Coatings Today
07.02.2021
215
США вводят строгие пошлины на сталь из Вьетнама
США вводят строгие пошлины на сталь из Вьетнама
В понедельник 21 мая Министерство торговли США постановило, что некоторые изделия из стали, импортируемые из…
Coatings Today
23.05.2018
336
Новые акриловые термоклейкие ленты
Новые акриловые термоклейкие ленты
Ассортимент акриловых клейких материалов (AFB™) расширился с выпуском новой линейки продуктов 94 Series. Новые термоклейкие…
Coatings Today
29.04.2021
212
Российская экспозиция на международной выставке Iran Oil Show 2018
Российская экспозиция на международной выставке Iran Oil Show 2018
6 мая начала работу российская экспозиция на 23-й международной выставке нефти, газа и нефтехимии Iran…
Coatings Today
08.05.2018
305