Naukowcy z amerykańskiego laboratorium PNNL wykorzystali zespół agentów sztucznej inteligencji do analizy uszkodzeń mikroukładów wystawionych na działanie promieniowania. Analiza, która zwykle zajmuje dni lub tygodnie, trwała godziny. Takie układy trafiają do satelitów i elektrowni jądrowych, gdzie awaria może oznaczać utratę całej misji.

Dlaczego promieniowanie jest problemem

Nowoczesne mikroukłady są niezwykle złożone i produkuje się je w drogich, ultraczystych fabrykach. Na orbicie czeka je jednak jeszcze trudniejszy test. Kosmos nie jest pustą przestrzenią: poruszają się w nim z prędkością bliską prędkości światła cząstki o wysokiej energii, w tym ciężkie jony, elektrony i promieniowanie kosmiczne. Zderzenie takiej cząstki z układem może zakłócić pracę satelity, uszkodzić jego pamięć, a nawet zepchnąć go z kursu.

Dlatego stosuje się tak zwane utwardzanie radiacyjne, czyli projektowanie i badanie materiałów odpornych na takie warunki. Dotyczy to nie tylko kosmosu, ale też elektrowni jądrowych i innych trudnych środowisk. Od tego zależą m.in. prognozy pogody, zasięg telefonów komórkowych i energetyka jądrowa.

Problem w tym, że od projektu urządzenia do jego startu mijają lata, a poprawianie błędów i ponowny start to kolejne lata. Według badaczki Erin Barker wiele obecnych metod testowych powstało z myślą o systemach sprzed 25 lat lub starszych, więc nie daje informacji potrzebnych do oceny najnowszych technologii.

Jak działa system agentów

Zespół PNNL oparł się na danych z University of Tennessee. Tamtejsi naukowcy za pomocą wiązki jonów dostarczali dużą ilość energii w precyzyjnie wybrane miejsca układów. W ciągu kilku godzin odtwarzali uszkodzenia, jakie jony powodują w kosmosie przez lata.

Dane przeanalizował system SciLink, stworzony w PNNL przez Maxima Ziatdinova i współpracowników. Agenci AI są w nim zorganizowani hierarchicznie: trzech „liderów projektu” odpowiada za analizę eksperymentalną, planowanie i symulacje komputerowe. Przekazują oni zadania wyspecjalizowanym agentom, którzy analizują wyniki konkretnych metod, takich jak tomografia atomowa czy skaningowa transmisyjna mikroskopia elektronowa. Te techniki generują ogromne ilości danych, które trudno połączyć w spójny obraz.

Podczas eksperymentu trzej liderzy wymieniali pytania, odpowiedzi i hipotezy, wyciągali wnioski i proponowali kolejne doświadczenia. Do większości wniosków dołączali ocenę pewności. System był na przykład w 90% pewny, że za wykryte uszkodzenia odpowiadały głównie jony, ale tylko w 60% pewny wniosków dotyczących protonów. Jenna Pope porównała to do spotkania specjalistów od różnych badań, z tą różnicą, że informacje łączy agent, i to natychmiast.

Człowiek wciąż sprawdza wyniki

Naukowcy uczestniczyli w całym procesie: zadawali pytania, projektowali eksperymenty i wykonywali pracę laboratoryjną. Na końcu sprawdzali wyniki AI pod kątem „halucynacji” i weryfikowali je obliczeniami. Barker ujęła to krótko: „Inteligentni agenci bardzo pomagają, ale nie można wyłączyć myślenia.”

Badano układy z warstw azotku galu i azotku glinowo-galowego. Stosuje się je w satelitach, łączności, systemach zasilania i radarach. Jak zaznaczył Ben Kowash, kierujący w PNNL pracami nad utwardzaniem radiacyjnym, osłony zwiększają masę, a systemy zapasowe komplikację i koszty. Skuteczniejsze bywa więc zapewnienie, że sama elektronika wytrzyma promieniowanie.

Co to oznacza w praktyce

Dla polskiego czytelnika to na razie wiadomość o metodzie badawczej, a nie o gotowym produkcie. Z wyników zespołu PNNL nie wynika żadne bezpośrednie zastosowanie w Polsce. Pośrednio sprawa jest jednak bliska: Polska i inne kraje UE korzystają z usług satelitarnych, a rośnie też zainteresowanie energetyką jądrową. Krótsze i tańsze testy odporności elektroniki mogłyby w dłuższej perspektywie ograniczać opóźnienia i koszty takich projektów, choć artykuł źródłowy tego nie szacuje.

Warto też zauważyć podejście badaczy: AI przyspiesza analizę, ale ostateczna ocena pozostaje po stronie ludzi. Podanie poziomu pewności przy każdym wniosku ułatwia ich weryfikację i pokazuje, które wyniki wymagają dalszych badań.

Źródło: Tech Xplore – „Scientists speed up development of radiation-resistant microchips for satellites, nuclear reactors”