阿贡科学家利用人工智能开发显微镜“快速阅读”技术

时间:2023-10-10 所属栏目:技术前沿 浏览:138
阿贡国家实验室的科学家们开发了一种人工智能驱动的检查技术,以“快速读取”的方式优化显着物分布,提高了数据采集效率,同时保护样本完整性。

研究

任何浏览过一本书或杂志的人都会告诉你,有时你不必阅读每一个字来掌握本质。受这一概念的启发,科学家们正在利用人工智能(AI )的力量来实现一种形式显微镜中的“快速阅读”。这可能会彻底改变研究人员获取数据的方式,并使他们能够保持珍贵样本的完整性。

美国能源部 ( DOE ) 阿贡国家实验室的研究人员开发了一种自主的显微镜技术。它使用人工智能有选择地瞄准兴趣点进行扫描。与传统的逐点光栅扫描不同,传统的逐点光栅扫描有条不紊地覆盖每一英寸,就像顺序阅读页面上的文字一样,这种创新方法可以识别有趣的特征簇,绕过单调均匀的单调区域。

“可以安全地忽略样本的许多区域,或者至少不要大量采样,但存在不连续性和边界的区域反而可以提供有关样本的绝大多数信息,”小组领导者和材料负责人 Charudatta (CD) Phatak 说。阿贡国家实验室的科学家,也是该研究的作者之一。通过在这些领域进行磨练,该技术极大地加快了实验过程。

实验核心的人工智能算法通过选择样本上的一组随机点来启动扫描过程。然后,它会同时从这些点收集数据,同时预测后续的兴趣点。这种动态预测功能使研究人员能够加速数据采集,消除人工干预的需要并极大地加快实验速度。

阿贡国家实验室博士后研究员、该研究的主要作者 Saugat Kandel 强调了节省时间的好处。将人类因素从预测过程中剔除可以节省大量时间,并真正加快实验速度,”他说。也只有少数科学家能够像现在这样有效地进行这些实验。”

这种简化的数据采集方法对于像阿贡国家实验室的高级光子源 ( APS )这样的设施尤其有价值,在这些设施中,束流时间是宝贵的资源。通过减少收集数据所需的时间,科学家可以利用他们保留的光束时间进行额外的实验。

该研究的另一位作者、阿贡国家实验室小组负责人、计算科学家马修·切鲁卡拉 (Mathew Cherukara) 表示: “人工智能自动化实验的能力将在未来几年显着加速科学进步。这证明了我们使用非常复杂的仪器进行自主研究的能力。”

人工智能模型令人惊讶的事情之一是它不需要在技术数据集上进行训练。“人工智能可以在通用图像上进行训练,并且它立即知道如何识别感兴趣的区域,”另一位合著者阿贡计算数学家子超迪说。

阿贡国家实验室纳米科学家兼合著者周涛表示,人工智能驱动的显微检查可以在各种显微镜中具有广泛的用途。从X射线显微镜到电子显微镜再到原子探针显微镜,任何需要二维扫描的显微镜研究都可以通过这种技术加速。”

这项开创性的技术不仅提供了无与伦比的速度,而且还为科学探索开辟了新的途径。通过快速扫描样品并提取关键信息,科学家可以深入研究复杂的材料世界并获得以前无法获得的见解。人工智能和显微镜之间的协同预示着一个新的发现时代,科学的前沿不断被推动,微观领域的奥秘在我们眼前揭开。

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