अमेरिकी शोधकर्ता उच्च परिशुद्धता के साथ प्लाज्मा में कणों को मैप करने के लिए कृत्रिम बुद्धिमत्ता का उपयोग करते हैं

एमोरी विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने आवेशित कणों के व्यवहार का विश्लेषण करने के लिए एक कस्टम न्यूरल नेटवर्क विकसित किया है। प्रौद्योगिकी ने जटिल इंटरैक्शन को मैप करने में 99% से अधिक सटीकता हासिल की। विस्तृत अध्ययन वैज्ञानिक पत्रिका प्रोसीडिंग्स ऑफ द नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज में प्रकाशित हुआ था। नवाचार प्रायोगिक प्रयोगशाला डेटा को उन्नत कृत्रिम बुद्धिमत्ता प्रसंस्करण के साथ जोड़ता है। परिणाम उन भौतिक पैटर्न को उजागर करता है जो पारंपरिक विज्ञान से छिपे हुए थे।

धूलयुक्त प्लाज्मा में आयनित गैस और आवेशित सूक्ष्म तत्व होते हैं। पदार्थ की यह स्थिति बाहरी अंतरिक्ष और रोजमर्रा के स्थलीय वातावरण दोनों में मौजूद है। नई विधि ने वैज्ञानिकों को एक नियंत्रित निर्वात कक्ष के अंदर दर्जनों कणों की त्रि-आयामी गति को ट्रैक करने की अनुमति दी। सामूहिक व्यवहार को नियंत्रित करने वाली सटीक शक्तियों का अनुमान लगाने के लिए कृत्रिम बुद्धिमत्ता ने इन प्रक्षेप पथों को संसाधित किया। यह दृष्टिकोण कई घटकों वाले सिस्टम में प्रत्यक्ष इंटरैक्शन को मापने के तरीके के बारे में लंबे समय से चली आ रही समस्या का समाधान करता है।

तंत्रिका नेटवर्क आकर्षण और प्रतिकर्षण की शक्तियों की पहचान करता है

अनुसंधान टीम ने विश्लेषण की सुविधा के लिए कण गति को तीन मुख्य घटकों में विभाजित किया। पहले कारक में ड्रैग फोर्स शामिल है, जो सीधे तत्व की गति से जुड़ा हुआ है। दूसरे घटक में बाहरी पर्यावरणीय ताकतें शामिल हैं, जैसे द्रव्यमान पर गुरुत्वाकर्षण की क्रिया। तीसरा पहलू कणों के बीच प्रत्यक्ष और निरंतर अंतःक्रिया को दर्शाता है। तंत्रिका नेटवर्क को प्रयोगशाला में कैप्चर किए गए वास्तविक प्रक्षेप पथों के साथ प्रशिक्षित किया गया था। सिस्टम उन असममित विवरणों का पता लगाने में सक्षम था जिन्हें पारंपरिक तरीकों ने नजरअंदाज कर दिया था।

डेटा से गतिमान तत्वों के बीच एक अजीब गतिशीलता का पता चला। जो कण आगे बढ़ता है वह ठीक पीछे आने वाले कण को ​​आकर्षित कर सकता है। दूसरी ओर, पीछे आने वाला कण हमेशा नेता को पीछे धकेलता है। यह गैर-पारस्परिक क्रिया कई-शरीर वाली भौतिक प्रणालियों में अक्सर होती है। शोधकर्ता इस व्यावहारिक प्रभाव की तुलना झील के पानी को पार करने वाली दो नावों से करते हैं। प्रत्येक नाव द्वारा उत्पन्न वेक दूसरे को उनकी सापेक्ष स्थिति के आधार पर अलग-अलग तरीके से प्रभावित करता है। कणों के सटीक त्वरण की भविष्यवाणी करते समय कम्प्यूटेशनल मॉडल ने 0.99 से ऊपर निर्धारण का गुणांक हासिल किया।

डिस्कवरी शास्त्रीय भौतिकी सिद्धांतों को चुनौती देती है

पिछले भौतिकी सिद्धांतों ने इन प्रणालियों के लिए सरल नियम माने थे। शास्त्रीय साहित्य में कहा गया है कि धूल के कण का आवेश उसकी त्रिज्या के अनुपात में बढ़ता है। नई तकनीक द्वारा एकत्र किए गए डेटा से पता चलता है कि वास्तविक संबंध कहीं अधिक जटिल है। वातावरण में प्लाज्मा के घनत्व और तापमान के आधार पर चार्ज काफी भिन्न होता है। परीक्षणों के दौरान देखा गया गणितीय घातांक 0.30 और 0.80 के बीच है। यह मान पृष्ठभूमि गैस के दबाव में वृद्धि के साथ लगातार बढ़ता है।

वैज्ञानिकों के बीच एक और आम धारणा तत्वों के बीच की दूरी से संबंधित है। प्राचीन सिद्धांत में कहा गया है कि कणों के बीच बल उनके आकार पर निर्भर किए बिना, दूरी के साथ तेजी से घटते हैं। वर्तमान विश्लेषण से बल क्षय पर कण आकार की स्पष्ट और प्रत्यक्ष निर्भरता का पता चला। टीम द्वारा किए गए अतिरिक्त प्रयोगों ने स्थापित साहित्य से इन महत्वपूर्ण विचलनों की पुष्टि की।

• नवीन पद्धति ने भौतिकी के क्षेत्र में अभूतपूर्व सटीकता के साथ भार को मापना संभव बना दिया।
• स्वतंत्र प्रयोगशाला परीक्षणों ने कृत्रिम बुद्धिमत्ता प्रणाली द्वारा गणना किए गए द्रव्यमान को मान्य किया।
• पृष्ठभूमि गैस का दबाव सीधे व्यवहार और घातांक में वृद्धि को प्रभावित करता है।
• शोधकर्ताओं द्वारा पहले कभी हासिल की गई परिरक्षण लंबाई को विस्तार से दर्ज नहीं किया गया था।

संस्थान में प्रायोगिक भौतिकी के प्रोफेसर जस्टिन बर्टन ने बताया कि उपकरण कैसे काम करता है। उन्होंने इस बात पर प्रकाश डाला कि यह विधि एक साधारण ब्लैक बॉक्स के रूप में कार्य नहीं करती है जो बिना स्पष्टीकरण के परिणाम देती है। तंत्रिका नेटवर्क की संरचना विज्ञान को पहले से ज्ञात सभी भौतिक प्रतिबंधों का सम्मान करती है। यह मूलभूत विशेषता शोधकर्ताओं को उच्च विश्वसनीयता के साथ नई जानकारी खोजने की अनुमति देती है।

ब्रह्माण्ड का एक बड़ा भाग धूलयुक्त प्लाज़्मा से बना है

आधुनिक भौतिकी में प्लाज्मा को पदार्थ की चौथी अवस्था के रूप में वर्गीकृत किया गया है। इलेक्ट्रॉन और आयन इस संरचना के भीतर स्वतंत्र रूप से घूमते हैं। यह अवस्था संपूर्ण दृश्यमान ब्रह्मांड का लगभग 99.9% हिस्सा बनाती है। यह सौर हवाओं से लेकर तूफानों के दौरान बिजली गिरने तक, विशाल प्राकृतिक घटनाएं बनाता है। धूल-विशिष्ट संस्करण आवेशित कण जोड़ता है जो सामग्री के डिफ़ॉल्ट व्यवहार को बदल देता है। यह प्रणाली शनि ग्रह के वलयों और अन्य अंतरिक्ष संरचनाओं में प्राकृतिक रूप से घटित होती है।

यह घटना अंतरिक्ष अन्वेषण को भी सीधे प्रभावित करती है। चंद्रमा पर कमजोर गुरुत्वाकर्षण के कारण धूल के कण वातावरण में तैरते रहते हैं। ये तत्व मिशन के दौरान अंतरिक्ष यात्रियों के स्पेससूट से चिपक जाते हैं। पृथ्वी पर, प्रभाव पर्यावरणीय आपातकालीन स्थितियों में होता है। जंगल की आग से उत्पन्न आवेशित कालिख कण रेडियो सिग्नलों में हस्तक्षेप कर सकते हैं। यह हस्तक्षेप क्षेत्र में अग्निशमन कर्मचारियों के बीच महत्वपूर्ण संचार में बाधा डालता है।

वैज्ञानिक सुरक्षित अध्ययन के लिए प्रयोगशाला के अंदर इन चरम स्थितियों को फिर से बनाते हैं। वे एक निर्वात कक्ष में प्लास्टिक माइक्रोबीड्स को निलंबित करते हैं और आंतरिक दबाव को समायोजित करते हैं। लक्ष्य प्रकृति या अंतरिक्ष में पाई जाने वाली वास्तविक स्थितियों का अनुकरण करना है। प्रयोगशाला में विकसित टोमोग्राफिक इमेजिंग तकनीक एक लेजर शीट का उपयोग करती है जो कक्ष की पूरी मात्रा को साफ़ करती है। एक हाई-स्पीड कैमरा तेजी से अनुक्रमिक छवियों को रिकॉर्ड करता है। इन छवियों को बाद में कई मिनटों के प्रयोग के बाद त्रि-आयामी प्रक्षेप पथों के पुनर्निर्माण के लिए संयोजित किया गया।

तकनीकी सत्यापन परिणामों की सटीकता की गारंटी देता है

शोध दल ने अध्ययन की वैधता सुनिश्चित करने के लिए कठोर कदम उठाए। वैज्ञानिकों ने प्रत्येक कण के द्रव्यमान का अनुमान लगाने के लिए मॉडल को दो पूरी तरह से स्वतंत्र तरीकों से मान्य किया। प्राप्त मूल्य एक दूसरे के साथ पूरी तरह मेल खाते हैं। संख्याएँ पारंपरिक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके किए गए प्रत्यक्ष माप से भी मेल खाती हैं। यह मजबूत आंतरिक स्थिरता कृत्रिम बुद्धिमत्ता द्वारा अनुमानित शक्तियों में वैज्ञानिक समुदाय के विश्वास को बढ़ाती है।

तंत्रिका नेटवर्क को विशिष्ट भौतिक समरूपताओं को शामिल करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। सिस्टम उन कणों को संभाल सकता है जो एक दूसरे के समान नहीं हैं। कृत्रिम बुद्धिमत्ता प्रशिक्षण में सीमित मात्रा में प्रायोगिक डेटा का उपयोग किया गया। इस बाधा के लिए अत्यधिक विशिष्ट और अनुकूलित सॉफ़्टवेयर आर्किटेक्चर के निर्माण की आवश्यकता थी। एक वर्ष से अधिक समय तक आयोजित साप्ताहिक बैठकों से कोड संरचना को परिष्कृत करने में मदद मिली। निरंतर प्रयास के परिणामस्वरूप अनुसंधान के लिए अपेक्षाकृत सरल लेकिन बेहद शक्तिशाली कम्प्यूटेशनल मॉडल तैयार हुआ।

सैद्धांतिक भौतिकी के प्रोफेसर इल्या नेमेनमैन ने प्राप्त सटीकता के महत्व पर प्रकाश डाला। उन्होंने बताया कि सिस्टम की उच्च परिशुद्धता ने पुरानी अशुद्धियों को ठीक करना संभव बना दिया है जिससे क्षेत्र में प्रगति सीमित हो गई है। मॉडल अब विस्तृत मात्रात्मक विवरण प्रदान करता है जो पहले मौजूद नहीं था। वेन्ताओ यू ने एमोरी विश्वविद्यालय में डॉक्टरेट के दौरान परियोजना के पहले लेखक के रूप में कार्य किया। वह वर्तमान में कैलटेक में अपने शोध करियर को आगे बढ़ा रहे हैं। अध्ययन के सह-लेखक एस्लाम अब्देलालीम जॉर्जिया टेक में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता के रूप में काम करते हैं।

प्रौद्योगिकी जीव विज्ञान और उद्योग में अध्ययन के द्वार खोलती है

विश्वविद्यालय में विकसित सॉफ्टवेयर ढांचा महान व्यावहारिक बहुमुखी प्रतिभा प्रस्तुत करता है। सुपर कंप्यूटर की आवश्यकता के बिना, सिस्टम नियमित डेस्कटॉप कंप्यूटर पर कुशलतापूर्वक चलता है। शोधकर्ता औद्योगिक पेंट में कोलाइड्स का अध्ययन करने के लिए उपकरण को अनुकूलित कर सकते हैं। यह प्रणाली जीवित कोशिकाओं के समूहों में सामूहिक अंतःक्रियाओं के विश्लेषण पर भी पूरी तरह लागू होती है। इल्या नेमेनमैन जीव विज्ञान के क्षेत्र में इसी तरह के विचारों का उपयोग करने की योजना बना रहे हैं। वह जर्मनी में एक शोध इंटर्नशिप के दौरान जैविक प्रणालियों में सामूहिक गति का अध्ययन करेंगे।

नेशनल साइंस फाउंडेशन के कार्यक्रम निदेशक व्याचेस्लाव लुकिन ने परियोजना के प्रभाव का आकलन किया। उन्होंने विभिन्न विभागों के बीच अंतःविषय सहयोग की अत्यधिक प्रशंसा की। तकनीकी प्रगति जटिल प्लाज्मा भौतिकी को आधुनिक कृत्रिम बुद्धिमत्ता उपकरणों के साथ जोड़ती है। यह रणनीतिक संघ भविष्य में जीवित प्रणालियों की समझ को सीधे लाभ पहुंचा सकता है। अनुसंधान को एनएसएफ से प्राथमिक वित्तीय सहायता प्राप्त हुई। यह परियोजना सिमंस फाउंडेशन द्वारा उपलब्ध कराए गए अतिरिक्त संसाधनों पर भी निर्भर थी।

वैज्ञानिक मेडिकल ऑन्कोलॉजी जैसे क्षेत्रों में इसके अनुप्रयोग की अपार संभावनाएं देखते हैं। कोशिकाओं की सामूहिक अंतःक्रिया को समझने से कैंसर मेटास्टेसिस की प्रक्रियाओं पर प्रकाश डाला जा सकता है। यह विधि उन प्रणालियों में कानूनों का अनुमान लगाने के लिए एक ठोस प्रारंभिक बिंदु प्रदान करती है जहां प्रत्यक्ष इंटरैक्शन को मॉडल करना मुश्किल होता है। जस्टिन बर्टन कृत्रिम बुद्धिमत्ता के जिम्मेदार उपयोग की तुलना अज्ञात की खोज के ऐतिहासिक मिशन से करते हैं। अध्ययन स्पष्ट रूप से दर्शाता है कि प्रौद्योगिकी बहुत आगे तक जा सकती है