Исследователи используют машинное обучение для ускорения химических открытий

Coatings Today
07.05.2019 393

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

Hauschild SpeedMixer производит высококачественные клеи
Hauschild SpeedMixer производит высококачественные клеи
Миксер Hauschild SpeedMixer от компании Hauschild Engineering (Хамм, Германия), впервые разработанный в 1974 году и…
Coatings Today
17.11.2020
317
rGO вместо цинковой пыли в противокоррозионных эпоксидных композитах
rGO вместо цинковой пыли в противокоррозионных эпоксидных композитах
В ходе исследования анализировали коррозионную защиту цинконаполненных эпоксидных композиционных покрытий, содержащих 20, 40 и 80…
15.02.2023
150
Металлоорганическая каркасная структура поглощает микроволны
Металлоорганическая каркасная структура поглощает микроволны
Материалы, которые уменьшают электромагнитные помехи между электрическими компонентами в современных электронных цепях, а также помогают…
Coatings Today
11.09.2018
470
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
506
Магнитная краска удаляет пятна и уничтожает патогенные микроорганизмы
Магнитная краска удаляет пятна и уничтожает патогенные микроорганизмы
Магнитная краска, которая может защитить стены от потенциальных патогенов, удаляет пятна и даже очищает воздух…
02.03.2023
142
Полиэфирные покрытия со стойкостью к царапанию
Полиэфирные покрытия со стойкостью к царапанию
В новой работе изучали влияние содержания наполнителя на стойкость к царапанию и трибологические свойства нанокомпозиционных…
Coatings Today
16.11.2021
190
Новое защитное покрытие для стали
Новое защитное покрытие для стали
Сталь — это самый широко используемый материал в промышленности, что обусловлено его многочисленными преимуществами, например,…
30.01.2022
514
Фильтр SuperStar со степенью очистки 0,01 микрон
Фильтр SuperStar со степенью очистки 0,01 микрон
Фильтр Superstar со степенью очистки 0,01 микрон от компании Walmec создан для получения чистого, сухого…
Coatings Today
31.05.2020
374
Коллоидное серебро как инновационный многофункциональный пигмент
Коллоидное серебро как инновационный многофункциональный пигмент
Новое исследование направлено на оценку влияния двух различных количеств коллоидного серебра на долговечность и биоцидные…
02.03.2023
134