भविष्य के तेज़ कंप्यूटरों के लिए प्रकाश को नियंत्रित करने का एक नया तरीका

वैज्ञानिकों ने एक नई प्रकार की मेटामटेरियल बनाई है जो फोटॉनिक कंप्यूटिंग के लिए व्यापक प्रकाश-रोकथाम कार्यक्षमता प्रदान कर सकती है।

एक मेटामटेरियल एक इंजीनियर्ड सामग्री है जिसकी विशेषताएँ उसके मूल घटकों की रासायनिक संरचना से नहीं, बल्कि उनकी सावधानीपूर्वक डिज़ाइन की गई आंतरिक संरचना से उत्पन्न होती हैं। इस प्रकार, ये सामग्री असामान्य विशेषताएँ प्रदर्शित कर सकती हैं जो प्राकृतिक रूप से मौजूद सामग्री में नहीं पाई जातीं।

ये सामग्री आमतौर पर कई पदार्थों, जैसे धातु और प्लास्टिक, से बनी होती हैं और दोहरावदार, उप-तरंगदैर्ध्य संरचनाओं में व्यवस्थित होती हैं। आकार, आकार, ज्यामिति, अभिविन्यास और व्यवस्था उन्हें उनकी विशेषताएँ देती हैं, जिससे वे विद्युतचुंबकीय, ध्वनिक या भूकंपीय तरंगों को अवशोषित, मोड़, बढ़ा या रोककर नियंत्रित कर सकते हैं, जिससे पारंपरिक सामग्री से संभव न होने वाले लाभ प्राप्त होते हैं।

न्यूयॉर्क विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों द्वारा निर्मित नई मेटामटेरियल इंजीनियर्ड¹ तरल और क्रिस्टल से सामान्यतः जुड़ी विशेषताओं को मिलाता है, लेकिन सभी कोणों से आने वाले प्रकाश को रोकने की उसकी क्षमता में दोनों से आगे निकलता है।

जाइरोमॉर्फ़्स कहा जाने वाला, कार्यात्मक रूप से सहसंबंधित असमान्य सामग्री का नया वर्ग, तरल-सम जैसे यादृच्छिकता को बड़े पैमाने की संरचनात्मक पैटर्न के साथ मिलाकर हर दिशा से प्रकाश को रोकता है। अध्ययन ने कहा:

“हम स्पेक्ट्रल ऑप्टिमाइज़ेशन विधियों द्वारा 2D और 3D में जाइरोमॉर्फ़्स उत्पन्न करते हैं, यह सत्यापित करते हुए कि वे मजबूत विविक्त घूर्णन क्रम दिखाते हैं लेकिन दीर्घ-रेंज ट्रांसलेशनल क्रम नहीं रखते, जबकि पर्याप्त बड़े 퐺 के लिए छोटे रेंज में घूर्णन समरूपता बनाए रखते हैं।”

इस नवाचार के साथ, शोधकर्ताओं ने क्वासिक्रिस्टल-आधारित डिज़ाइनों में लंबे समय से वैज्ञानिकों को परेशान करने वाली सीमाओं को हल किया है। यह फोटॉनिक कंप्यूटिंग में प्रगति को भी आगे बढ़ा सकता है।

क्वासिक्रिस्टल से जाइरोमॉर्फ़्स तक फोटॉनिक कंप्यूटिंग में

फोटॉनिक कंप्यूटिंग में, इलेक्ट्रिकल करंट के बजाय फोटॉनों का उपयोग गणनाओं को करने के लिए किया जाता है। यह नई पीढ़ी के कंप्यूटर, एक बार वास्तविक होने पर, पारंपरिक मशीनों की तुलना में बहुत अधिक कुशल और तेज़ हो सकते हैं।

डेटा प्रोसेसिंग को प्रकाश की गति से करने के साथ, यह एआई जैसी उच्च-प्रदर्शन कार्यों के लिए आशा प्रदान करता है, लेकिन वर्तमान में तकनीक को आकार घटाने और लागत में चुनौतियों का सामना करना पड़ रहा है।

क्षेत्र में प्रगति ने उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग सर्वरों में एकीकरण के लिए कार्यात्मक फोटॉनिक चिप्स के विकास को प्रेरित किया है। लेकिन प्रकाश-आधारित कंप्यूटिंग अभी भी प्रारंभिक चरण में है, जहाँ शोधकर्ता चिप के भीतर यात्रा करने वाली सूक्ष्म प्रकाश धारा को नियंत्रित करने में संघर्ष कर रहे हैं।

इन छोटे ऑप्टिकल संकेतों को उनकी शक्ति को कम किए बिना सफलतापूर्वक पुनः दिशा देने के लिए सावधानीपूर्वक डिज़ाइन की गई सामग्री की आवश्यकता है। इन संकेतों को मजबूत रखने के लिए हार्डवेयर में एक विशेष, हल्का पदार्थ आवश्यक है जो किसी भी दिशा से अनावश्यक प्रकाश को प्रवेश करने से रोकता है।

इसे प्राप्त करने का एक महत्वपूर्ण घटक समदिश बैंडगैप सामग्री को शामिल करना है। यह सामग्री प्रकाश या अन्य तरंगों को सभी दिशाओं में प्रसारित होने से रोकती है, बशर्ते कि आवृत्तियाँ उसके बैंडगैप के भीतर हों। ऐसी सामग्री अव्यवस्थित फिर भी हाइपरयूनिफॉर्म हो सकती है, अर्थात इसमें दीर्घ-रेंज ट्रांसलेशनल क्रम नहीं होता लेकिन यह एक विशिष्ट, नियंत्रित प्रकार की यादृच्छिकता रखती है।

समदिश बैंडगैप सामग्री को इंजीनियर करते समय, शोधकर्ता क्वासिक्रिस्टल पर लंबे समय से ध्यान केंद्रित कर रहे हैं।

ये संरचनाएँ जो गणितीय नियमों का पालन करती हैं लेकिन पारंपरिक क्रिस्टल की तरह दोहराव नहीं करतीं, पहली बार वैज्ञानिक डैन शेक्टमैन द्वारा शुरुआती 1980 के दशक में खोजी गईं, जिसके लिए उन्हें 2011 में रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार मिला।

यह खोज एल्यूमीनियम और मैंगनीज़ पर शोध करते समय हुई। जब इन दो धातुओं को एक साथ पिघलाया गया और तेज़ी से ठंडा करके मिश्रधातु बनाई गई, तो उन्होंने इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के तहत दस गुना सममिति प्रदर्शित की, जो धातुओं जैसी क्रिस्टलीय संरचनाओं में नहीं मिलती।

क्वासिक्रिस्टल में क्रिस्टलीय संरचनाओं जैसी विशेषताएँ होती हैं, जैसे हीरे, जिसका अर्थ है कि वे पैटर्न में व्यवस्थित होते हैं, साथ ही कांच जैसी अमॉर्फस संरचनाएँ भी होती हैं, जिसका अर्थ है कि ये पैटर्न दोहराते नहीं हैं। उनकी अनूठी विशेषताएँ क्वासिक्रिस्टल को टिकाऊ और भंगुर दोनों बनाती हैं।

इस वर्ष की शुरुआत में मिशिगन विश्वविद्यालय के एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने पाया कि क्वासिक्रिस्टल मूलतः स्थिर सामग्री हैं² जबकि वे असमान्य ठोसों के साथ समानता साझा करते हैं।

“यदि हम इच्छित गुणों वाली सामग्री डिजाइन करना चाहते हैं तो हमें पता होना चाहिए कि परमाणुओं को विशिष्ट संरचनाओं में कैसे व्यवस्थित किया जाए,” अध्ययन के सह-लेखक वेन्हाओ सून, डॉव अर्ली करियर असिस्टेंट प्रोफेसर ऑफ मैटेरियल्स साइंस एंड इंजीनियरिंग ने कहा। “क्वासिक्रिस्टल ने हमें यह पुनः विचार करने पर मजबूर किया है कि कुछ सामग्री कैसे और क्यों बन सकती हैं।”

क्वासिक्रिस्टल क्यों मौजूद हैं या वे कैसे बनते हैं, इस प्रश्न के उत्तर देने के लिए, शोधकों को पहले यह समझना पड़ा कि उन्हें स्थिर क्या बनाता है। इसके लिए, उन्हें निर्धारित करना पड़ा कि क्वासिक्रिस्टल एन्थैल्पी-स्थिर हैं या एंट्रॉपी-स्थिर, इसलिए शोधकों ने बड़े सिम्युलेटेड क्वासिक्रिस्टल ब्लॉक से छोटे नैनोपार्टिकल्स लिए, फिर प्रत्येक नैनोपार्टिकल की कुल ऊर्जा की गणना की।

शोधकों ने पाया कि दोनों अच्छी तरह से अध्ययन किए गए क्वासिक्रिस्टल—स्कैंडियम और जिंक का मिश्रधातु, तथा इटरबियम और कैडमियम का मिश्रधातु—एन्थैल्पी-स्थिर हैं।

गणना के लिए, टीम ने क्वासिक्रिस्टल की क्वांटम-मैकेनिकल सिमुलेशन का उपयोग किया, और कंप्यूटिंग बाधा को हल करने के लिए, उन्होंने केवल पड़ोसी प्रोसेसरों को एक-दूसरे के साथ संचार करने दिया, सभी कंप्यूटर प्रोसेसरों के बजाय, जिससे उनका एल्गोरिद्म लगभग 100 गुना तेज़ हो गया।

“अब हम कांच और अमॉर्फस सामग्री, विभिन्न क्रिस्टलों के बीच इंटरफ़ेस, साथ ही क्रिस्टल दोषों को सिमुलेट कर सकते हैं जो क्वांटम कंप्यूटिंग बिट्स को सक्षम कर सकते हैं।”

– विक्रम गविनी, यू-एम के मैकेनिकल इंजीनियरिंग और सामग्री विज्ञान एवं इंजीनियरिंग के प्रोफेसर

एक अन्य शोध में, राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान (NIST) के वैज्ञानिकों ने एक नए एल्यूमीनियम-ज़िरकोनियम मिश्रधातु में क्वासिक्रिस्टल पाए³, जो 3D धातु प्रिंटिंग की अत्यधिक स्थितियों में बनायी गई थी।

एल्यूमीनियम पाउडर में ज़िरकोनियम जोड़ने से उच्च-शक्ति वाले एल्यूमीनियम मिश्रधातु प्रिंटिंग संभव होती है, लेकिन NIST टीम यह समझना चाहती थी कि यह धातु इतनी मजबूत क्यों है, ताकि इसे सैन्य विमान भागों जैसे महत्वपूर्ण घटकों में उपयोग किया जा सके।

और उन्होंने पाया कि क्वासिक्रिस्टल इसके लिए जिम्मेदार हैं। एल्यूमीनियम क्रिस्टलों के नियमित पैटर्न को तोड़ने से मिश्रधातु मजबूत होती है। सही कोण से देखे जाने पर, टीम ने “बहुत दुर्लभ” पाँच-गुना घूर्णन समरूपता पाई, साथ ही दो-गुना और तीन-गुना समरूपताएँ, दो अलग-अलग कोणों से।

यह, NIST भौतिक विज्ञानी और सह-लेखक फैन ज़ांग के अनुसार, “मिश्रधातु डिजाइन के लिए एक नया दृष्टिकोण खोलेगा। शोध से पता चलता है कि “क्वासिक्रिस्टल एल्यूमीनियम को अधिक मजबूत बना सकते हैं। अब लोग भविष्य की मिश्रधातुओं में उन्हें जानबूझकर बनाने का प्रयास कर सकते हैं,” उन्होंने जोड़ा।

जाइरोमॉर्फ क्रांति के भीतर: समदिश बैंडगैप सामग्री

क्वासिक्रिस्टल में बहुत संभावनाएँ हैं। वे पूरी तरह से प्रकाश को रोकने की क्षमता भी रखते हैं। लेकिन केवल सीमित दिशाओं से। और जबकि वे सभी दिशाओं से प्रकाश को कमजोर कर सकते हैं, वे इसे पूरी तरह से नहीं रोक सकते।

इस सीमा को पार करने के लिए, वैज्ञानिक अधिक प्रभावी रूप से संकेत-क्षीण प्रकाश को रोकने वाले विकल्पों की खोज कर रहे हैं। इससे जाइरोमॉर्फ्स का विकास हुआ है, जो किसी भी दिशा से अनावश्यक प्रकाश को प्रवेश करने से रोकने वाली सामग्री बनाने में मदद कर सकते हैं। अध्ययन के वरिष्ठ लेखक, स्टीफ़ानो मार्टिनियानी, जो भौतिकी, रसायन विज्ञान, गणित और न्यूरल विज्ञान के सहायक प्रोफेसर हैं, के अनुसार:

“जाइरोमॉर्फ्स किसी भी ज्ञात संरचना से अलग हैं क्योंकि उनका अनूठा निर्माण वर्तमान तरीकों से संभव बेहतर समदिश बैंडगैप सामग्री प्रदान करता है।”

हालांकि, इन सामग्रियों को इंजीनियर करने में एक प्रमुख बाधा, जिनकी विशेषताएँ उनकी वास्तुकला पर निर्भर करती हैं, वह व्यवस्था है जो वांछित भौतिक गुणों को प्राप्त करने के लिए आवश्यक है।

फिजिकल रिव्यू लेटर्स में प्रकाशित, न्यूयॉर्क विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने ऑप्टिकल व्यवहार को ट्यून करने की एक नई रणनीति का विवरण दिया है⁴।

टीम ने एक एल्गोरिद्म विकसित किया है जो अंतर्निहित असमानता के साथ कार्यात्मक संरचनाएँ उत्पन्न कर सकता है। टीम द्वारा उजागर किया गया “सहसंबंधित असमानता” का नया रूप दो चरम सीमाओं के बीच स्थित है: पूरी तरह क्रमबद्ध और पूरी तरह यादृच्छिक।

“जंगल में पेड़ों की तरह सोचें – वे यादृच्छिक स्थानों पर बढ़ते हैं, लेकिन पूरी तरह यादृच्छिक नहीं क्योंकि वे आमतौर पर एक निश्चित दूरी पर होते हैं। यह नया पैटर्न, जाइरोमॉर्फ्स, उन गुणों को मिलाता है जिन्हें हम असंगत मानते थे और एक कार्य प्रदर्शित करता है जो सभी क्रमबद्ध विकल्पों, जिसमें क्वासिक्रिस्टल भी शामिल हैं, से बेहतर है।”

– मार्टिनियानी

अपने शोध के दौरान, टीम ने देखा कि सभी समदिश बैंडगैप सामग्री एक ही संरचनात्मक संकेत प्रदर्शित करती हैं। इसलिए, उन्होंने इसे “जितना संभव हो उतना स्पष्ट” बनाने पर ध्यान केंद्रित किया, जिससे जाइरोमॉर्फ्स का निर्माण हुआ।

परिणामी नई वर्ग की सामग्री, प्रमुख लेखक मैथियास कासियुलिस, जो NYU के भौतिकी विभाग में पोस्टडॉक्टोरल फेलो हैं, ने कहा, “ऐसे प्रतीत होने वाले असंगत विशेषताओं को मिलाना,” क्योंकि उनके पास क्रिस्टल जैसी स्थिर, दोहराव वाली संरचना नहीं है, जो उन्हें तरल जैसी असमानता देती है। साथ ही, दूरी से देखने पर, वे नियमित पैटर्न बनाते हैं।

“ये गुण मिलकर बैंडगैप बनाते हैं जिन्हें प्रकाश तरंगें किसी भी दिशा से नहीं पार कर सकतीं।”

– कासियुलिस 

टीम ने “पॉलीजाइरोमॉर्फ्स” भी प्रस्तुत किए, जिनमें विभिन्न लंबाई स्केल पर कई घूर्णन समरूपताएँ हैं, जिससे एक ही संरचना में कई बैंडगैप बनाना संभव हो जाता है, इस प्रकार ऑप्टिकल गुणों पर सूक्ष्म नियंत्रण प्राप्त करने के द्वार खुलते हैं।
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एआई और अगली पीढ़ी के क्वांटम सामग्री की खोज में

जैसे ही शोधकर्ता अगली पीढ़ी की सामग्री में गहराई तक धकेलते रहते हैं, पूरी नई वर्ग की सामग्री उभर रही हैं।

हाल ही में, ऊर्जा विभाग के बर्कले लैब द्वारा नेतृत्वित एक शोध टीम ने “बर्केलोकीन” की खोज की रिपोर्ट की⁵, जो एक ऑर्गेनोमेटैलिक अणु है जिसमें सिंथेटिक, भारी, रेडियोधर्मी रासायनिक तत्व बर्केलियम शामिल है।

इन अणुओं में एक धातु आयन कार्बन-आधारित फ्रेमवर्क से घिरा होता है, और जबकि प्रारंभिक एक्टिनाइड तत्वों के लिए यह अपेक्षाकृत सामान्य है, बाद के तत्वों के लिए यह बहुत कम ज्ञात है।

“यह पहली बार है कि बर्केलियम और कार्बन के बीच रासायनिक बंधन के निर्माण के प्रमाण प्राप्त हुए हैं। यह खोज बर्केलियम और अन्य एक्टिनाइड्स के अपने समवयस्कों की तुलना में कैसे व्यवहार करते हैं, इस नई समझ प्रदान करती है,” बर्कले लैब के केमिकल साइंसेज डिवीजन के वैज्ञानिक, सह-लेखक स्टीफ़न मिनासियन ने कहा, जो एक्टिनाइड्स के ऑर्गेनोमेटैलिक यौगिक तैयार करने पर काम कर रहे हैं क्योंकि इससे उन्हें एक्टिनाइड्स की विशिष्ट इलेक्ट्रॉनिक संरचनाओं को देखना संभव होता है।

एक्टिनाइड्स आवर्त सारणी में 15 रेडियोधर्मी धातु तत्वों की श्रृंखला हैं, जो f-ब्लॉक में स्थित हैं। यूरेनियम और प्लूटोनियम एक्टिनाइड्स के उदाहरण हैं। वे अपनी रेडियोधर्मी गुणों के लिए जाने जाते हैं और परमाणु रिएक्टरों और अन्य तकनीकों में उपयोग किए जाते हैं।

पिछले वर्ष, स्वीडन के अप्पसाला विश्वविद्यालय और संयुक्त राज्य के कोलंबिया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं के बीच साझेदारी ने CeSiI नामक 2D क्वांटम सामग्री की खोज की⁶, जिसमें सीरियम, सिलिकॉन और आयोडीन का क्रिस्टल संरचना है। इसकी क्रिस्टल संरचना दो-आयामी विभिन्न, परमाणु-पतली परतों की व्यवस्था के समान है।

CeSiI के इलेक्ट्रॉन भारी फर्मियन के रूप में व्यवहार करते हैं, जिनका प्रभावी द्रव्यमान सामान्य सामग्री की तुलना में 100 गुना अधिक होता है। यह प्रभावी द्रव्यमान विषमदिशीय है; इसलिए यह इस बात पर निर्भर करता है कि इलेक्ट्रॉन परमाणु परतों में किस दिशा में चलते हैं।

“इस खोज के साथ, हमारे पास अब सहसंबंधित इलेक्ट्रॉन संरचनाओं की जांच के लिए एक उल्लेखनीय रूप से सुधारित सामग्री प्लेटफ़ॉर्म है। 2D सामग्री LEGO टुकड़ों वाले निर्माण किट जैसी है। हमारे साझेदार पहले से ही अन्य 2D सामग्री की परतें जोड़ने पर काम कर रहे हैं ताकि एक नई सामग्री बनाई जा सके जिसमें अनुकूलित क्वांटम गुण हों।”

– चिन शेन ओंग, अप्पसाला के भौतिकी और खगोल विज्ञान विभाग से

सामग्री विज्ञान में अनगिनत संभावनाएँ हैं, और सही सामग्री का चयन नई खोजों के लिए एक प्रमुख बाधा है। जबकि सिद्धांत-आधारित भविष्यवाणियाँ और प्रयोग-आधारित सत्यापन चयन को सूचित करने में मदद करते हैं, यह अभी भी टुकड़े-टुकड़े रहा है।

यहीं पर एआई-चालित सामग्री इन्फॉर्मेटिक्स का उदय हो रहा है, जो क्वांटम-स्तर की अंतर्दृष्टियों को बड़े डेटा सेटों के साथ एकीकृत करके नई सामग्री को तेज़ी से स्क्रीन, मॉडल और अनुकूलित करता है, जो पारंपरिक परीक्षण-और-त्रुटि से खोजना असंभव होता।

तोहोकू विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की टीम ने एक एआई-निर्मित सामग्री मानचित्र बनाया⁷ ताकि सभी प्रयोगात्मक डेटा को प्रतिनिधि प्रथम-प्रिंसिपल कंप्यूटेशनल डेटा के साथ एकीकृत किया जा सके, जिसका उद्देश्य शोधकर्ताओं को किसी विशेष स्थिति के लिए सही सामग्री खोजने में मदद करना है।

यह मानचित्र एक बड़ा ग्राफ है जिसमें अक्ष संरचनात्मक समानता और थर्मोइलेक्ट्रिक प्रदर्शन (zT) के लिए हैं, प्रत्येक डेटा बिंदु एक सामग्री का प्रतिनिधित्व करता है। यहाँ समान सामग्री निकटतम निकटता में दिखाई देती हैं। क्योंकि इन सामग्रियों को आमतौर पर समान विधियों और उपकरणों का उपयोग करके संश्लेषित और मूल्यांकन किया जाता है, मानचित्र प्रयोगशालाओं को अज्ञात उच्च-प्रदर्शन सामग्री के समानांतर को तेज़ी से पहचानने और अगले चरणों के रूप में मौजूदा संश्लेषण प्रोटोकॉल को पुनः उपयोग करने की अनुमति देता है।

इस प्रकार, यह उपकरण विकास लागत को कम करने और नवाचार तथा उसके वास्तविक-विश्व कार्यान्वयन को तेज़ करने में मदद कर सकता है। भविष्य में, टीम अपनी रूपरेखा को थर्मोइलेक्ट्रिक से परे विस्तारित करने की योजना बना रही है, जिसमें टोपोलॉजिकल और चुंबकीय सामग्री शामिल होंगी और अतिरिक्त वर्णनकर्ता जोड़कर एक व्यापक, एआई-सहायता प्राप्त सामग्री डिजाइन समर्थन प्लेटफ़ॉर्म बनाया जाएगा।

“कई उम्मीदवारों पर एक सहज, पक्षी-नज़र दृश्य प्रदान करके, मानचित्र शोधकर्ताओं को एक नज़र में आशाजनक लक्ष्यों का चयन करने में मदद करता है; इसलिए, यह नई कार्यात्मक सामग्री के विकास समयसीमा को काफी कम करने की उम्मीद है।”

– एसोसिएट प्रोफेसर युसुके हैशिमोटो

इसी बीच, गॉथेनबर्ग विश्वविद्यालय के एक अध्ययन ने एक एआई मॉडल विकसित किया है जो बुनाईयुक्त मिश्रित सामग्री की शक्ति और टिकाऊपन को कुशलतापूर्वक निर्धारित करता है⁸।

नई उच्च-गुणवत्ता वाली मिश्रित सामग्री डिजाइन करने के लिए भौतिक परीक्षण और विस्तृत कंप्यूटर सिमुलेशन करना “विशेष रूप से कठिन है जब मिश्रित सामग्री को बुनाईयुक्त वस्त्र फाइबर सामग्री के रूप में बनाया जाता है, जहाँ फाइबर एक-दूसरे के चारों ओर लिपटे होते हैं और सामग्री पर लागू बलों के आधार पर अलग-अलग व्यवहार करते हैं,” गॉथेनबर्ग विश्वविद्यालय के भौतिकी विभाग के पीएच.डी. छात्र एहसान घाने ने कहा।

जबकि कंप्यूटर पहले से ही सामग्री की अंतःक्रियाओं और प्रभावों के आधार पर वास्तविक माइक्रोस्ट्रक्चर सिमुलेट कर सकते हैं, बुनाईयुक्त मिश्रित सामग्री अभी भी पर्याप्त कंप्यूटेशनल संसाधनों की आवश्यकता रखती हैं। न्यूरल नेटवर्क एक विकल्प प्रदान करते हैं, लेकिन उन्हें बड़ी मात्रा में प्रशिक्षण डेटा चाहिए और वे एक्सट्रपोल करने में संघर्ष करते हैं, इसलिए टीम ने एक सामान्यीकृत एआई मॉडल विकसित किया जो इतनी डेटा की आवश्यकता नहीं रखता।

मॉडल को मिश्रित सामग्री के घटक सामग्रियों के मौजूदा सिमुलेशन और परीक्षण डेटा पर प्रशिक्षित किया गया है, जिससे यह नई मिश्रित सामग्री की टिकाऊपन की भविष्यवाणी करने में सक्षम है।

जबकि गॉथेनबर्ग अध्ययन ने एआई मॉडल में सामग्री नियमों को एकीकृत करने की विधियों की जांच की, केएआईएसटी के शोधकर्ताओं की टीम ने भौतिक नियमों को अपने एआई मॉडल के साथ मिलाकर नई सामग्री की तेज़ खोज को संभव बनाया, भले ही डेटा शोरयुक्त या सीमित हो।

गुणधर्म पहचान नई सामग्री विकसित करने के प्रमुख चरणों में से एक है, लेकिन इसके लिए विशाल मात्रा में प्रयोगात्मक डेटा और महंगे उपकरणों की आवश्यकता होती है, जो शोध दक्षता को सीमित करता है। केएआईएसटी टीम ने सामग्री और ऊर्जा के विकृति और अंतःक्रिया को नियंत्रित करने वाले नियमों को एकीकृत करके इस आवश्यकता को पार किया।

शोधकर्ताओं ने एक भौतिक-जानकारी न्यूरल नेटवर्क (PINN) तकनीक की रिपोर्ट की⁹ जो केवल एक प्रयोग से छोटी मात्रा में डेटा का उपयोग करके सामग्री गुणधर्म और विकृति व्यवहार का पता लगाती है। उन्होंने फिर एक एआई मॉडल, फिजिक्स-इनफॉर्म्ड न्यूरल ऑपरेटर (PINO), प्रस्तुत किया, जो भौतिक नियमों को समझता है और अज्ञात सामग्री पर सामान्यीकरण कर सकता है।

MIT शोधकर्ताओं ने इसे और आगे बढ़ाते हुए एक ऐसी विधि विकसित की¹⁰ जो कई स्रोतों से जानकारी को शामिल करती है: साहित्य, रासायनिक संरचनाएँ, सूक्ष्मसंरचनात्मक छवियाँ, और अधिक।

यह नया कोपायलट प्लेटफ़ॉर्म का हिस्सा है वास्तविक-विश्व प्रयोगात्मक वैज्ञानिकों (CRESt) के लिए। उनकी विधि रोबोटिक उपकरणों का उपयोग करके सामग्री की उच्च-थ्रूपुट परीक्षण को सक्षम करती है, फिर परिणामों को बड़े मल्टीमॉडल मॉडलों में वापस फीड करती है ताकि उनके रेसिपी में सुधार हो सके।

शोधकर्ताओं ने इसे “मानव शोधकर्ताओं के लिए सहायक, प्रतिस्थापन नहीं” के रूप में उपयोग किया, 900 से अधिक रसायनों का अन्वेषण करने और 3,500 इलेक्ट्रोकेमिकल परीक्षण करने के लिए, जिससे एक उत्प्रेरक सामग्री की खोज हुई जिसने ईंधन सेल में रिकॉर्ड पावर डेंसिटी प्रदान की और बिजली उत्पन्न की।

सामग्री विज्ञान प्रगति में निवेश

सामग्री विज्ञान की दुनिया में, ATI Inc. (ATI ) अपने तकनीकी रूप से उन्नत विशेष सामग्री और जटिल घटकों के लिए जाना जाता है। कंपनी एयरोस्पेस, रक्षा, चिकित्सा, इलेक्ट्रॉनिक्स और ऊर्जा बाजारों के लिए उच्च-प्रदर्शन सामग्री का उत्पादन करती है।

ATI के उत्पाद निकेल-आधारित मिश्रधातुओं और सुपरएलॉय, टाइटेनियम और टाइटेनियम-आधारित मिश्रधातुओं, तथा विशेष मिश्रधातुओं से बने होते हैं। यह दो खंडों के माध्यम से संचालित होता है:

• उच्च प्रदर्शन सामग्री और घटक (HPMC)
• उन्नत मिश्रधातु और समाधान (AA&S)

13.5 बिलियन डॉलर के मार्केट कैप के साथ, ATI के शेयर इस वर्ष $99.37 पर ट्रेड हो रहे हैं, जो 80.5% बढ़े हैं। इसका EPS (TTM) 3.10 और P/E (TTM) 32.09 है। कंपनी 0.32% का डिविडेंड यील्ड देती है।