Dr. Matthew Putman, CEO og medstifter af Nanotronics – Interviewserie

Dr. Matthew Putman er CEO og medstifter af Nanotronics, et videnskabs-teknologi-selskab, der har gendefineret fabrikskontrol gennem opfindelsen af en platform, der kombinerer AI, automation og avanceret billedbehandling til at hjælpe med menneskelig opfindsomhed i at detektere fejl og afvigelser i produktion, en industri, der har stagnation siden 1950’erne. Før Nanotronics var Matthew ejer og vicepræsident for udvikling i Tech Pro, Inc., som blev opkøbt af Roper Industries i 2008. Under sin tid i Tech Pro ledede han to opkøb og transformationen af instrumentfabrikanten til nye globale markeder, hvor han havde dannet partnerskaber eller datterselskaber i 15 lande.

Kan du beskrive, hvad nanoteknologi er?

Nanoteknologi har taget to forskellige betydninger i løbet af de 35 år eller så, som begrebet har eksisteret. Den mest almindelige i 2020 er, at nanoteknologi er brugen af enhver teknologi, der har en størrelse på mindre end 100 nanometer. Vi ser nanoteknologi, der passer til dette i stærk modstandsdygtige belægninger, solcreme og vandrensning. Dette giver muligheder, men det er ikke det mest spændende. For mig er nanoteknologi evnen til at fremstille ting, der er atomisk præcise. Når du har noget, der er atomisk præcist, har du muligheden for at navigere gennem rummet uden begrænsningerne fra den makroverden. Du har fysisk og elektrisk egenskaber, der ikke blot er overlegne, men også kontrollerbare. Dette er, hvor nanoteknologi har muligheden for at åbne op for områder for innovation, der ikke er mulige på andre måder. Dette blev først fremhævet af Eric Drexler i 1980’erne, og nu, hvor kunstig intelligens kan interagere med materialevidenskab, biologi, kemi og fysik, er ting mere mulige, end de nogensinde har været før.

Hvilke brancher er mest modtagelige for disruption af nanoteknologi?

Elektronikindustrien er noget, der synes at føre vejen for alt andet. Muligheden for at nå enden af Moore’s Love ved hjælp af traditionel halvlederfabrikation er faktisk en mulighed for nanoteknologi. Jeg tror, vi vil begynde at se ting som 3D-arkitektur af substrater, vi vil se nye materialer, som vi ikke kunne bruge før, til at give mere energoeffektivitet. Og vi vil være i stand til at se designs, der bygges for langt mindre penge, end det koster at bygge halvledere i dag. Når du gør dette, vil vi se, at resten af industrien kan drage fordel af egenskaberne til at manipulere objekter på denne skala, enten det er biologi eller kemi, eksemplet og prototypen, vi vil se i halvledere, vil blive anvendt.

Kan du dele genesis-historien bag Nanotronics?

Vi startede Nanotronics i 2010, da jeg arbejdede på Columbia University. Nanotronics er virkelig et resultat af, ikke så meget at have et selskab, men at sikre, at de mest spændende opfindelser kunne skaleres. Et universitetslaboratorium er et sted med stor potentiel opfindelse, men det betyder ikke meget, hvis opfindelsen bliver i laboratoriet. Dette er i mit DNA som en person, der har tilbragt mere tid på fabriksgulve end akademiske laboratorier. Jeg startede Nanotronics med min far, som var stifter af et andet selskab, hvor vi arbejdede sammen. Det selskab (Tech Pro) blev opkøbt i 2008. Målet med det selskab (Tech Pro) var at bruge den seneste computer-teknologi og instrumentering til at revolutionere ældre industrier. Virkelig, Nanotronics er udviklingen af dette koncept. I tilfælde af Nanotronics er det at bruge kunstig intelligens, superopløsningsbilledbehandling og robotteknologi til at ændre måden, ting bygges på. Denne idé var ikke specifik for en bestemt industri. Vi havde vores første kunde i 2011, i næste generations halvledere, der var svære at skalerer på grund af nanoskala-fejl, der forårsagede dårlige udbytte, og forhindrede masse-accept, på trods af de fantastiske egenskaber, de giver. Dette var et dejligt sted at starte, da det præsenterede en utrolig mængde udfordringer. Det gjorde, at vi kunne se ikke kun på den specifikke industri, men have et perspektiv på produktion i almindelighed. Denne industri, sammensat halvledere, er nu den hurtigst voksende sektor i industrien.

Nanotronics har et patenteret måde at overgå Abbe-grænsen. Kan du begynde med at forklare, hvad Abbe-grænsen er, og hvordan Nanotronics kan overvinde denne begrænsning?

Abbe-grænsen er formaliseringen af en lov i fysik kaldet diffraktionsgrænsen af Ernst Abbe. Dette er en måde at vælge optik ved at beregne den numeriske åbning, så bølgen af lys ikke er større end objektet, du ønsker at billede. Dette er noget, vi kan overvinde, men det er noget, der computermæssigt kan gå rundt om. Vi har flere forskellige metoder til at gøre dette. En af de virkelig effektive måder at tackle dette på var ikke noget, vi startede med overhovedet. Vi havde langt mere komplekse måder at gøre bevægelseskontrol og rekonstruktion af billeder på, end vi gør nu. Dette involverede at flytte lys og flytte fysiske ting og tage multiple billeder og bruge computation til at se, hvad der ikke kan ses ellers. Vi gør stadig dette i visse tilfælde, men oftere bruger vi en kombination af lysmodi og kunstig intelligens. Essentielt set klassificerer vi, hvad en AI forventer, der skal ses, og sammenligner det med, hvad der ses, selv hvis bølgelængden af lys er større end objektet, der billedes. Vi søger altid efter nye måder at gøre dette på, og udfordringen er ikke altid opløsning, men at være i stand til at detektere noget, der er mindre end Abbe-grænsen, og at være i stand til at gøre det med en gennemløbstid, der holder trit med produktion.

Kan du diskutere, hvordan Nanotronics kombinerer maskinlæring med nanoteknologi?

Jeg beskrev dette lidt i den foregående spørgsmål om Abbe-grænsen. I nanoteknologi kan du antage, at noget, du løser, er mindre end bølgelængden af lyset, du bruger. Så, hvis du er i stand til at se noget, der er mindre, og være i stand til at se det, fordi maskinlæring, så er du i stand til at manipulere det, og du er i stand til at lære fra det selv og være i stand til at bygge med det. Dette er første gang, dette var muligt med nanoteknologi. Vi udførte et eksperiment, som du kan forestille dig kan blive noget værdifuldt i nanoteknologi, som var at bruge 3D-printning med forstærkning-læring. 3D-printeren blev guidet af forstærkning-læring-agenter, der skulle optimere for at fikse afvigelser for at få en slut-egenskab. De gjorde dette på måder, som mennesker aldrig havde tænkt på at gøre det. Selv om det ikke er helt nano, ville samme idé gælde.

Kan du diskutere, hvordan nanoteknologi og mennesker kan supplere hinanden?

Dette er første gang, hvor mennesker med stor dygtighed og evnen til at kombinere mange forskellige koncepter på samme tid kan arbejde med den utroligt hurtige kapacitet af en kunstig intelligens. Dette kan gøres ved at opdatere vores mål, som vi gerne vil have AI til at optimere for. Det er en måde for os at give vejledning, mens vi ser på resultatet af denne AI. Vi ved ikke altid, hvilken strategi og taktik AI vil tage, men vi ved, hvilket resultat, vi gerne vil have, det skal opnå. Dette er især vigtigt i nanoteknologi, hvor mange af vores instinkter ikke er i linje med, hvordan fysikken fungerer. Heldigvis har en AI ikke problemet med disse instinkter og kan i stedet reagere på situationen og lære på måder, som vi ikke er i stand til. I virkeligheden underviser vi en AI ved at give den mange chancer til at lære på egen hånd uden vores fordomme, og i retur underviser den os i, hvad der er muligt.

Nanotronics har samarbejdet med et antal gensekvenserings-selskaber for at hjælpe med at reducere omkostningerne ved gensekvensering. Kan du diskutere nogle af disse samarbejder?

Selv om jeg ikke kan diskutere detaljerne om, hvad vi gør for vores kunder i gensekvensering, kan jeg sige, at vores mål og hvor vi har set nogen succes er at bruge unikke lysmodi og AI til at forbedre udbytte. Bedre udbytte kan kobles meget til prisen på en sekvens. Hvis du gør dette, vil det til sidst føre til en hurtigere udvikling af vacciner og andre terapeutiske midler og også til ekstremt billige gensekvenseringer, der kunne føre til en $100-genom. Mit personlige mål, som det er for mange andre, er at se personlig medicin blive en realitet så hurtigt som muligt.

Hvad er nogle måder, nanoteknologi kan øge udbytte, mens den reducerer affald?

Nanoteknologi skal være forbundet med reduktion af affald, eller det er ikke rigtig nanoteknologi i min mening. Vi vil sige, at nanoteknologi og atomisk præcis fabrikation er synonyme, derfor skal råmaterialet til, hvad du fabrikerer, ikke involvere noget affald overhovedet. Vi tror, dette er muligt, hvis du tænker på, hvad der er opnået ved at bruge forstærkning-læring til andre fremstillingsmetoder, vi gør.

Er der noget andet, du gerne vil dele om Nanotronics?

Vi gør noget, vi kalder intelligent fabrikskontrol (IFC). Vi ser vejen for intelligente fabrikker som gående fra forbedring af udbytte på traditionelle fabrikker til at føre til atomisk præcise fabrikker.

Tak for det gode interview, læsere, der ønsker at lære mere, skal besøge Nanotronics.