Dr. Matthew Putman, CEO a spoluzakladatel Nanotronics – série rozhovorů

Dr. Matthew Putman je generálním ředitelem a spoluzakladatelem společnosti Nanotronika, vědecko-technologická společnost, která nově definovala řízení továrny prostřednictvím vynálezu platformy, která kombinuje AI, automatizaci a sofistikovanou představivost, aby pomohla lidské vynalézavosti při odhalování nedostatků a anomálií ve výrobě, což je odvětví, které od 1950. let minulého století stagnuje. Před společností Nanotronics byl Matthew vlastníkem a viceprezidentem pro vývoj společnosti Tech Pro, Inc., kterou v roce 2008 koupila společnost Roper Industries. Během svého působení v Tech Pro vedl dvě akvizice a transformaci výrobce přístrojů na nový globální a vytvořila partnerství nebo dceřiné společnosti v 15 zemích.

Mohl byste popsat, co je nanotechnologie?

Nanotechnologie nabyla během zhruba 35 let, kdy tento termín existuje, dva různé významy. Nejběžnější v roce 2020 je, že nanotechnologie je použití jakékoli technologie, která má velikost prvku menší než 100 nanometrů. Vidíme nanotechnologie, které se k tomu hodí v nátěrech odolných vůči skvrnám, opalovacích krémech a čištění vody. To představuje příležitosti, ale není to nejvíce vzrušující. Pro mě je nanotechnologie schopnost vyrábět věci, které jsou atomově přesné. Když máte něco, co je atomově přesné, máte možnost procházet vesmírem bez omezení makrosvěta. Máte fyzikální a elektrické vlastnosti, které jsou nejen vynikající, ale jsou také ovladatelné. Zde má nanotechnologie možnost otevřít oblasti inovací, které nejsou jinak možné. Poprvé to nastínil Eric Drexler v 1980. letech XNUMX. století a nyní, když umělá inteligence může interagovat s materiálovými vědami, biologií, chemií a fyzikou, jsou věci mnohem možnější než kdykoli předtím.

Která průmyslová odvětví jsou nejvíce zralá na narušení nanotechnologií?

Elektronický průmysl je něco, co se zdá být průkopníkem všeho ostatního. Potenciální konec Moorova zákona pomocí tradiční výroby polovodičů je ve skutečnosti příležitostí pro nanotechnologie. Myslím, že začneme vidět věci jako 3D architekturu substrátů, uvidíme nový materiál, který jsme dříve nebyli schopni použít k zajištění vyšší energetické účinnosti. A budeme moci vidět, jak se návrhy staví za mnohem méně peněz, než je v současnosti potřeba na výrobu polovodičů. Jakmile to uděláte, uvidíme, že zbytek může těžit z vlastností pro manipulaci s objekty v tomto měřítku, ať už jde o biologii nebo chemii, bude použit příklad a prototyp, který uvidíme v polovodičích.

Mohl byste se podělit o příběh geneze za Nanotronics?

Nanotronics jsme začali v roce 2010, když jsem pracoval na Kolumbijské univerzitě. Nanotronics je skutečně výsledkem, ani ne tak z toho, že bychom chtěli mít společnost, ale chceme se ujistit, že ty nejzajímavější vynálezy by mohly být škálovány. Univerzitní laboratoř je místem velkého potenciálního vynálezu, ale to moc neznamená, pokud vynález zůstane v laboratoři. To je v mé DNA jako někoho, kdo strávil více času v továrnách než v akademických laboratořích. Nanotronics jsem začal s tím, že můj otec byl zakladatelem další společnosti, kde jsme spolu pracovali. Tato společnost, která byla získána v roce 2008. Cílem této společnosti (Tech Pro) bylo využít nejnovější počítačové technologie a přístrojové vybavení pro revoluci ve starších průmyslových odvětvích. Nanotronics je ve skutečnosti vývojem tohoto konceptu. V případě Nanotronics používá umělou inteligenci, zobrazování s vysokým rozlišením a robotiku, aby se změnil způsob, jakým jsou věci stavěny. Tato myšlenka nebyla specifická pro obor. V roce 2011 jsme měli našeho prvního zákazníka v oblasti polovodičů nové generace, které bylo obtížné škálovat kvůli defektům v nanoměřítku, které způsobují nízkou výtěžnost, a zabránily hromadnému přijetí, navzdory neuvěřitelným kvalitám, které poskytují. Bylo to skvělé místo, kde začít, protože představovalo neuvěřitelné množství výzev. Díky tomu jsme se mohli dívat nejen na toto konkrétní odvětví, ale také na výrobu obecně. Toto odvětví, složené polovodiče, jsou nyní nejrychleji rostoucím segmentem tohoto odvětví.

Nanotronics má patentovaný způsob, jak překonat Abbe Limit. Mohl byste začít vysvětlením, co je Abbe Limit a jak je Nanotronics schopna toto omezení překonat?

Abbeův limit je formalizací zákona ve fyzice nazvaného difrakční limit Ernstem Abbem. Toto je způsob, jak vybrat optiku výpočtem numerické apertury tak, aby vlna světla nebyla větší než objekt, který chcete zobrazit. To je něco, co můžeme překonat jedním slovem, ale je to něco, co se dá obejít výpočtem. Máme k tomu několik různých metod. Jedním ze skutečně účinných způsobů, jak to vyřešit, je, že jsme vůbec nezačali. Měli jsme mnohem složitější způsoby řízení pohybu a rekonstrukci obrázků než nyní. To zahrnovalo pohyb světla a pohyb fyzických věcí a pořizování více snímků a použití výpočtů, aby bylo vidět, co by jinak nebylo vidět. V některých případech to stále děláme, ale častěji používáme kombinaci světelných modalit s umělou inteligencí. V podstatě klasifikujeme to, co AI očekává, že by mělo být vidět, a porovnáváme to s tím, co je vidět, i když je vlnová délka světla větší než zobrazovaný objekt. Stále hledáme nové způsoby, jak toho dosáhnout, a výzvou není vždy řešení, ale schopnost detekovat něco, co je menší než Abbeho limit, a být schopni to udělat při rychlosti výroby, která drží krok s výrobou.

Mohl byste diskutovat o tom, jak Nanotronics spojuje strojové učení s nanotechnologií?

Tomu jsem se trochu věnoval v předchozí otázce ohledně Abbe limitu. V nanotechnologii můžete předpokládat, že něco, co řešíte, je menší než vlnová délka světla, které používáte. Takže pokud jste schopni vidět něco, co je menší, a být schopni to vidět díky strojovému učení, pak jste schopni s tím manipulovat a jste schopni se z toho sami učit a být schopni s tím stavět. Je to poprvé, co to bylo možné s nanotechnologií. Udělali jsme experiment, který si dokážete představit, že se stane něčím hodnotným v nanotechnologii, který spočíval v použití 3D tisku s posilováním učení. 3D tiskárna byla vedena výztužnými učebními agenty, kteří měli optimalizovat pro opravu anomálií, aby získali konečnou vlastnost. Dělali to způsoby, o kterých by to lidi nikdy nenapadlo. I když to není přesně nano, platí stejná myšlenka.

Můžete diskutovat o tom, jak se nanotechnologie a lidé mohou navzájem rozšířit?

Toto je poprvé, kdy lidé s velkou obratností a schopností přemostit mnoho různých konceptů v kteroukoli chvíli mohou pracovat s neuvěřitelně rychlou schopností umělé inteligence. Toho lze dosáhnout neustálou aktualizací našich cílů, pro které bychom chtěli AI optimalizovat. Je to pro nás způsob, jak poskytovat rady při sledování výsledku této AI. Ne vždy víme, jakou strategii a taktiku AI zvolí, ale známe výsledek, kterého bychom chtěli dosáhnout. To je zvláště důležité v nanotechnologiích, kde mnohé z našich instinktů nejsou v souladu s tím, jak funguje fyzika. Naštěstí AI nemá problém s těmito instinkty a může místo toho reagovat na situaci a učit se způsoby, kterých my prostě nejsme schopni. V podstatě učíme AI tím, že jí dáváme spoustu šancí, aby se sama učila bez našich předsudků, a na oplátku nás učí, co je možné.

Společnost Nanotronics se spojila s řadou společností zabývajících se sekvenováním genomu, aby pomohla snížit náklady na sekvenování genomu. Mohl byste probrat některá z těchto partnerství?

I když nemohu diskutovat o podrobnostech toho, co děláme pro naše zákazníky v oblasti sekvenování genomu, mohu říci, že naším cílem a tam, kde jsme zaznamenali určitý úspěch, je použití jedinečných modalit osvětlení a umělé inteligence pro zlepšení výnosů. Lepší výnosy mohou být velmi vázány na cenu sekvence. Pokud to uděláte, povede to nakonec k rychlejšímu vývoji vakcín a dalších terapeutik a také k extrémně levnému sekvenování genomu, které by mohlo vést ke genomu za 100 dolarů. Mým osobním cílem, stejně jako u mnoha jiných, je, aby se personalizovaná medicína co nejdříve stala realitou.

Jakými způsoby může nanotechnologie zvýšit výnos a zároveň snížit množství odpadu?

Nanotechnologie musí být spojena se snižováním odpadu, jinak to podle mého názoru skutečně nanotechnologie není. Řekneme, že nanotechnologie a atomově přesná výroba jsou synonyma, proto by výchozí surovina toho, co vyrábíte, neměla obsahovat vůbec žádný odpad. Myslíme si, že je to možné, pokud si pomyslíte, čeho bylo dosaženo pomocí učení se zesílením pro jiné výrobní techniky, které děláme.

 Je ještě něco, co byste se chtěli o Nanotronice podělit?

Děláme něco, čemu říkáme inteligentní tovární řízení (IFC). Vidíme, že cesta inteligentních továren vede od zlepšování výnosů tradičních továren k atomově přesným továrnám.

Děkuji za skvělý rozhovor, čtenáři, kteří se chtějí dozvědět více, by měli navštívit Nanotronika.