Исследователи используют машинное обучение для ускорения химических открытий

Coatings Today
07.05.2019 354

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

Безопасные и высокопроизводительные материалы для ремонта электромобилей
Безопасные и высокопроизводительные материалы для ремонта электромобилей
Электромобили уже стали неотъемлемой частью сегодняшней действительности. В 2019 году страны Европы инвестировали 60 миллиардов…
Coatings Today
07.10.2021
168
Химия 2022 — новости второго дня выставки
Химия 2022 — новости второго дня выставки
Новости 2-ого дня выставки «Химия-2022», которая проходит с 31 октября по 3 ноября в Экспоцентре…
02.11.2022
190
Противоотражательное покрытие делает пластик практически невидимым
Противоотражательное покрытие делает пластик практически невидимым
Ученые из Университета штата Пенсильвания разработали противоотражательное покрытие, которое может сделать прозрачный пластик практически невидимым.…
Coatings Today
10.06.2019
376
Автомобильный цвет 2021 года: ElectroLight
Автомобильный цвет 2021 года: ElectroLight
Компания Axalta (NYSE: AXTA), ведущий мировой производитель жидких и порошковых покрытий, представила свой новый автомобильный…
Coatings Today
22.09.2021
178
Borough Plating бросает вызов неопределенности с новыми контрактами после Брексита
Borough Plating бросает вызов неопределенности с новыми контрактами после Брексита
Компания Borough Plating представила свою новую литьевую машину Engel 400 Twin Shot, в очередной раз…
Coatings Today
21.02.2018
273
Новое керамическое волокно
Новое керамическое волокно
Компания 3M (Сент-Пол, штат Миннесота, США) выпускает ткань Nextel DF-13-4500, Nextel 610, которую можно использовать…
Coatings Today
05.10.2020
354
Тенденции в покрытиях морских судов
Тенденции в покрытиях морских судов
От компании BASF   В проектах морских  судов затраты на оплату труда могут составлять до…
Coatings Today
22.11.2018
287
Авиалайнер способный развивать скорость 2,2 Маха
Авиалайнер способный развивать скорость 2,2 Маха
На данный момент компания Boom собирает прототип своего сверхзвукового авиалайнера, чтобы продемонстрировать аэродинамические характеристики, современные…
Coatings Today
24.01.2019
291
Dürr представляет ротационный распылитель с возможностью быстрой смены цветов
Dürr представляет ротационный распылитель с возможностью быстрой смены цветов
Распылитель EcoBell4 отличается новой технологией четырех главных игл, благодаря которой для смены цвета требуется всего…
05.03.2022
517