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Enseigner la physique à l’IA peut lui permettre de faire de nouvelles découvertes par elle-même

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Enseigner la physique à l’IA peut lui permettre de faire de nouvelles découvertes par elle-même

Des chercheurs de l’Université Duke ont découvert que les algorithmes d’apprentissage automatique peuvent acquérir de nouveaux degrés de transparence et un aperçu des propriétés des matériaux après leur avoir enseigné la physique connue.

L’intégration de la physique bien établie dans les algorithmes des réseaux de neurones aide à découvrir de nouvelles informations sur les propriétés des matériaux

Selon des chercheurs de université de DukeL’intégration de la physique connue dans les algorithmes d’apprentissage automatique pourrait aider les boîtes noires obscures à atteindre de nouveaux niveaux de transparence et à mieux comprendre les propriétés des matériaux.

Les chercheurs ont utilisé un algorithme d’apprentissage automatique de pointe dans l’un des premiers efforts de ce type pour caractériser une classe de matériaux d’ingénierie connus sous le nom de métamatériaux et prédire comment ils interagiraient avec les champs électromagnétiques.

L’algorithme a été essentiellement obligé de montrer qu’il fonctionnait car il devait d’abord prendre en compte les limitations physiques connues de la supermatière. La méthode a non seulement permis à l’algorithme de prédire les propriétés du métamatériau avec une grande[{ » attribute= » »>accuracy, but it also did it more quickly and with additional insights than earlier approaches.

Silicon Metamaterials

Silicon metamaterials such as this, featuring rows of cylinders extending into the distance, can manipulate light depending on the features of the cylinders. Research has now shown that incorporating known physics into a machine learning algorithm can reveal new insights into how to design them. Credit: Omar Khatib

The results were published in the journal Advanced Optical Materials on May 13th, 2022.

“By incorporating known physics directly into the machine learning, the algorithm can find solutions with less training data and in less time,” said Willie Padilla, professor of electrical and computer engineering at Duke. “While this study was mainly a demonstration showing that the approach could recreate known solutions, it also revealed some insights into the inner workings of non-metallic metamaterials that nobody knew before.”

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Metamaterials are synthetic materials composed of many individual engineered features, which together produce properties not found in nature through their structure rather than their chemistry. In this case, the metamaterial consists of a large grid of silicon cylinders that resemble a Lego baseplate.

Depending on the size and spacing of the cylinders, the metamaterial interacts with electromagnetic waves in various ways, such as absorbing, emitting, or deflecting specific wavelengths. In the new paper, the researchers sought to build a type of machine learning model called a neural network to discover how a range of heights and widths of a single-cylinder affects these interactions. But they also wanted its answers to make sense.

“Neural networks try to find patterns in the data, but sometimes the patterns they find don’t obey the laws of physics, making the model it creates unreliable,” said Jordan Malof, assistant research professor of electrical and computer engineering at Duke. “By forcing the neural network to obey the laws of physics, we prevented it from finding relationships that may fit the data but aren’t actually true.”

The physics that the research team imposed upon the neural network is called a Lorentz model — a set of equations that describe how the intrinsic properties of a material resonate with an electromagnetic field. Rather than jumping straight to predicting a cylinder’s response, the model had to learn to predict the Lorentz parameters that it then used to calculate the cylinder’s response.

Incorporating that extra step, however, is much easier said than done.

“When you make a neural network more interpretable, which is in some sense what we’ve done here, it can be more challenging to fine-tune,” said Omar Khatib, a postdoctoral researcher working in Padilla’s laboratory. “We definitely had a difficult time optimizing the training to learn the patterns.”

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Once the model was working, however, it proved to be more efficient than previous neural networks the group had created for the same tasks. In particular, the group found this approach can dramatically reduce the number of parameters needed for the model to determine the metamaterial properties.

They also found that this physics-based approach to artificial intelligence is capable of making discoveries all on its own.

As an electromagnetic wave travels through an object, it doesn’t necessarily interact with it in exactly the same way at the beginning of its journey as it does at its end. This phenomenon is known as spatial dispersion. Because the researchers had to tweak the spatial dispersion parameters to get the model to work accurately, they discovered insights into the physics of the process that they hadn’t previously known.

“Now that we’ve demonstrated that this can be done, we want to apply this approach to systems where the physics is unknown,” Padilla said.

“Lots of people are using neural networks to predict material properties, but getting enough training data from simulations is a giant pain,” Malof added. “This work also shows a path toward creating models that don’t need as much data, which is useful across the board.”

Reference: “Learning the Physics of All-Dielectric Metamaterials with Deep Lorentz Neural Networks” by Omar Khatib, Simiao Ren, Jordan Malof and Willie J. Padilla, 13 May 2022, Advanced Optical Materials.
DOI: 10.1002/adom.202200097

This research was supported by the Department of Energy (DESC0014372).

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La fusée Falcon 9 de SpaceX vient de terminer une mission historique

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La fusée Falcon 9 de SpaceX vient de terminer une mission historique

SpaceX lance et fait atterrir des fusées depuis 2015, même si certains de ces premiers atterrissages ne se sont pas déroulés comme prévu et se sont soldés par une boule de feu.

De nos jours, les atterrissages sont en grande partie terminés et mardi soir, la compagnie de vols spatiaux a réussi son 300e atterrissage réussi de première étape. Elon Musk, PDG de SpaceX Il a félicité son équipe Pour réaliser cet exploit.

La mission de mardi visant à déployer 23 satellites Starlink en orbite a décollé du Kennedy Space Center en Floride à 18 h 17 HE. SpaceX a diffusé en direct la mission historique sur les réseaux sociaux :

Moteurs à pleine puissance et décollage ! pic.twitter.com/FeW78mZio2

– EspaceX (@SpaceX) 23 avril 2024

Environ huit minutes après le lancement, le premier étage de la fusée Falcon 9 a effectué un atterrissage droit parfait à bord du drone Just Read the Instructions stationné dans l'océan Atlantique. Regardez le booster de 41,2 mètres effectuer le 300ème atterrissage du booster Falcon 9 :

Le premier étage du Falcon 9 a atterri sur le drone Just Read the Instructions, complétant ainsi le 300ème atterrissage du Falcon ! pic.twitter.com/1YHqiHWjkN

– EspaceX (@SpaceX) 23 avril 2024

L'atterrissage du premier étage du booster de cette manière permet à SpaceX d'effectuer des missions à un coût bien inférieur à celui s'il devait construire une nouvelle mission pour chaque vol. Il est également devenu possible d'obtenir une fréquence de tir plus élevée. La société a construit plusieurs boosters Falcon 9 qui ont volé plusieurs fois au fil des ans. La mission de mardi était le neuvième vol de cette fusée particulière, qui a déjà lancé Crew-6, SES O3b mPOWER, USSF-124 et maintenant six missions Starlink.

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Le record de vol actuel détenu par une seule fusée SpaceX appartient à Booster 1062, qui a été lancé et atterri plus tôt ce mois-ci pour une 20e fois record.

SpaceX a réalisé son premier atterrissage d'appoint en 2015 après avoir connu un certain nombre d'accidents au cours desquels le véhicule a atterri avec trop de force ou est tombé après l'atterrissage. L’équipe a atteint 200 atterrissages en juin dernier, et comme SpaceX augmente régulièrement son taux de lancement, le 400e atterrissage aura probablement lieu encore plus rapidement.

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La sonde spatiale Voyager 1 transmet à nouveau des données après que la NASA les a détectées à distance à 24 milliards de kilomètres – The Irish Times

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La sonde spatiale Voyager 1 transmet à nouveau des données après que la NASA les a détectées à distance à 24 milliards de kilomètres – The Irish Times

Le vaisseau spatial le plus éloigné de la Terre, Voyager 1, a recommencé à communiquer correctement avec la NASA après que les ingénieurs ont travaillé pendant des mois pour réparer à distance la sonde vieille de 46 ans.

Le Jet Propulsion Laboratory de la NASA, qui construit et exploite le vaisseau spatial robotique de l'agence, a déclaré en décembre que la sonde, située à plus de 24 milliards de kilomètres, envoyait un code absurde à la Terre.

Dans une mise à jour publiée lundi, le JPL a annoncé que l’équipe de la mission avait pu « après quelques investigations innovantes » obtenir des données utilisables sur la santé et l’état des systèmes d’ingénierie de Voyager 1. « La prochaine étape consiste à permettre au vaisseau spatial de commencer à apporter les données scientifiques. dos. » Elle a ajouté que malgré le défaut, Voyager 1 fonctionnait normalement depuis le début.

Lancé en 1977, Voyager 1 a été conçu dans le but principal d'effectuer des études rapprochées de Jupiter et de Saturne au cours d'une mission de cinq ans. Cependant, son voyage s'est poursuivi et le vaisseau spatial approche désormais d'un demi-siècle d'exploitation.

Voyager 1 a pénétré dans l'espace interstellaire en août 2012, ce qui en fait le premier objet fabriqué par l'homme à quitter le système solaire. Il roule actuellement à une vitesse de 60 821 km/h.

Le dernier problème était lié à l'un des trois ordinateurs à bord du vaisseau spatial, chargé de remplir les données scientifiques et techniques avant de les envoyer sur Terre. Incapable de réparer une puce cassée, l'équipe du JPL a décidé de déplacer le code endommagé ailleurs, une tâche difficile compte tenu de la technologie obsolète.

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Les ordinateurs de Voyager 1 et de sa sœur Voyager 2 disposaient de moins de 70 kilo-octets de mémoire au total, soit l'équivalent d'une image informatique à basse résolution. Ils utilisent de vieilles bandes numériques pour enregistrer des données.

La réparation a été envoyée depuis la Terre le 18 avril, mais il a fallu deux jours pour évaluer si elle a réussi, car il faut environ 22 heures et demie pour que le signal radio atteigne Voyager 1 et 22 heures supplémentaires pour que la réponse revienne sur Terre. .

« Lorsque l'équipe de vol de la mission a reçu une réponse du vaisseau spatial le 20 avril, elle a constaté que la modification fonctionnait », a déclaré le JPL.

Parallèlement à son annonce, le JPL a publié une photo des membres de l'équipe de vol du Voyager applaudissant et applaudissant dans une salle de conférence après avoir reçu des données utilisables, avec des ordinateurs portables, des cahiers et des cookies sur la table devant eux.

L'astronaute canadien à la retraite Chris Hadfield, qui a participé à deux missions de navette spatiale et a servi comme commandant de la Station spatiale internationale, a comparé la mission du JPL à l'entretien longue distance d'une vieille voiture.

« Imaginez qu'une puce informatique se brise dans votre voiture en 1977. « Imaginez maintenant qu'elle se trouve dans l'espace interstellaire, à 25 milliards de kilomètres de là », a écrit Hadfield.

Voyager 1 et 2 ont fait de nombreuses découvertes scientifiques, notamment des enregistrements détaillés de Saturne et la révélation que Jupiter possède également des anneaux, ainsi qu'une activité volcanique active sur l'une de ses lunes, Io. Des sondes ont ensuite découvert 23 nouvelles lunes autour des planètes extérieures.

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Parce que leur trajectoire les éloigne du Soleil, les sondes du Voyager sont incapables d'utiliser des panneaux solaires et convertissent à la place la chaleur générée par la désintégration radioactive naturelle du plutonium en électricité pour alimenter les systèmes du vaisseau spatial.

La NASA espère continuer à collecter des données des deux vaisseaux spatiaux Voyager pendant encore plusieurs années, mais les ingénieurs s'attendent à ce que les sondes soient trop hors de portée pour communiquer d'ici une décennie environ, en fonction de la quantité d'énergie qu'elles peuvent générer. Voyager 2 est un peu en retard sur son jumeau et se déplace un peu plus lentement.

Dans environ 40 000 ans, les deux sondes passeront relativement près, en termes astronomiques, de deux étoiles. Voyager 1 s'approchera à moins de 1,7 années-lumière d'une étoile de la constellation de la Petite Ourse, tandis que Voyager 2 s'approchera à une distance similaire d'une étoile appelée Ross 248 dans la constellation d'Andromède. -Gardien

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Voyager 1 renvoie des données après que la NASA a réparé à distance une sonde vieille de 46 ans | espace

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Voyager 1 renvoie des données après que la NASA a réparé à distance une sonde vieille de 46 ans |  espace

Le vaisseau spatial le plus éloigné de la Terre, Voyager 1, a recommencé à communiquer correctement avec la NASA après que les ingénieurs ont travaillé pendant des mois pour réparer à distance la sonde vieille de 46 ans.

Le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, qui construit et exploite le vaisseau spatial robotique de l'agence, il a dit en décembre Que la sonde – à plus de 24 milliards de kilomètres de distance – envoyait un code absurde à la Terre.

dans Mise à jour publiée lundiLe JPL a annoncé que l'équipe de la mission a pu « après quelques investigations innovantes » obtenir des données utilisables sur la santé et l'état des systèmes d'ingénierie de Voyager 1. « La prochaine étape consiste à permettre au vaisseau spatial de recommencer à renvoyer des données scientifiques », a déclaré le JPL. Elle a ajouté que malgré le défaut, Voyager 1 fonctionnait normalement depuis le début.

Lancé en 1977, Voyager 1 a été conçu dans le but principal d'effectuer des études rapprochées de Jupiter et de Saturne au cours d'une mission de cinq ans. Cependant, son voyage s'est poursuivi et le vaisseau spatial approche désormais d'un demi-siècle d'exploitation.

Voyager 1 a pénétré dans l'espace interstellaire en août 2012, ce qui en fait le premier objet fabriqué par l'homme à quitter le système solaire. Il roule actuellement à 37 800 mph (60 821 km/h).

Le dernier problème était lié à l'un des trois ordinateurs à bord du vaisseau spatial, chargé de remplir les données scientifiques et techniques avant de les envoyer sur Terre. Incapable de réparer une puce cassée, l'équipe du JPL a décidé de déplacer le code endommagé ailleurs, une tâche difficile compte tenu de la technologie obsolète.

READ  La perturbation du plasma de fusion à grande vitesse a été découverte pour la première fois au monde

Les ordinateurs de Voyager 1 et de sa sœur Voyager 2 disposaient de moins de 70 kilo-octets de mémoire au total, soit l'équivalent d'une image informatique à basse résolution. Ils utilisent de vieilles bandes numériques pour enregistrer des données.

Le correctif a été envoyé depuis la Terre le 18 avril, mais il a fallu deux jours pour évaluer s'il a réussi, car il faut environ 22 heures et demie pour qu'un signal radio atteigne Voyager 1 et encore 22 heures et demie pour la réponse à retourner dans l'espace. Atterrir. « Lorsque l'équipe de vol de la mission a reçu une réponse du vaisseau spatial le 20 avril, elle a constaté que la modification fonctionnait », a déclaré le JPL.

Voyager 1 et 2 ont fait de nombreuses découvertes scientifiques, notamment des enregistrements détaillés de Saturne et la révélation que Jupiter possède également des anneaux, ainsi qu'une activité volcanique active sur l'une de ses lunes, Io. Des sondes ont ensuite découvert 23 nouvelles lunes autour des planètes extérieures.

Parce que leur trajectoire les éloigne du Soleil, les sondes du Voyager sont incapables d'utiliser des panneaux solaires et convertissent à la place la chaleur générée par la désintégration radioactive naturelle du plutonium en électricité pour alimenter les systèmes du vaisseau spatial.

Dans environ 40 000 ans, les deux sondes passeront relativement près, en termes astronomiques, de deux étoiles. Voyager 1 s'approchera à moins de 1,7 années-lumière d'une étoile de la constellation de la Petite Ourse, tandis que Voyager 2 s'approchera à une distance similaire d'une étoile appelée Ross 248 dans la constellation d'Andromède.

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