Dr. Matthew Putman, administrerende direktør og medstifter af Nanotronics – Interviewserie

Dr. Matthew Putman er administrerende direktør og medstifter af Nanotronics, et videnskabs- og teknologiselskab, der har gendefineret fabrikskontrol ved at opfinde en platform, der kombinerer kunstig intelligens, automatisering og avanceret billedbehandling til at hjælpe med menneskelig opfindsomhed til at opdage fejl og afvigelser i produktion, en branche, 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 omstruktureringen af instrumentfabrikanten til nye globale markeder, hvor han oprettede partnerskaber eller datterselskaber i 15 lande.

Kan du beskrive, hvad nanoteknologi er?

Nanoteknologi har haft to forskellige betydninger i løbet af de 35 år, som begrebet har eksisteret. Den mest almindelige i 2020 er, at nanoteknologi er brugen af enhver teknologi, der har en funktionel størrelse på mindre end 100 nanometer. Vi ser nanoteknologi, der passer til dette i stærkt 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 atompræcise. Når du har noget, der er atompræcist, har du muligheden for at navigere gennem rummet uden begrænsningerne fra den makroverden. Du har fysisk og elektrisk egenskaber, der ikke kun 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 beskrevet 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 forstyrrelse af nanoteknologi?

Elektronikbranchen synes at føre vejen for alt andet. Muligheden for at nå enden af Moore’s Lov 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 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 historien bag Nanotronics?

Vi startede Nanotronics i 2010, da jeg arbejdede på Columbia University. Nanotronics er virkelig et resultat af, at jeg ikke så meget ville have et selskab, men ville sikre, at de mest spændende opfindelser kunne skaleres. Et universitetslaboratorium er et sted med stor opfindsomheds-potential, men det betyder ikke meget, hvis opfindelsen bliver i laboratoriet. Dette er i min 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 blev opkøbt i 2008. Målet med det selskab (Tech Pro) var at bruge den seneste computer-teknologi og instrumentering til at revolutionere ældre brancher. Nanotronics er virkelig udviklingen af den tanke. I tilfældet med Nanotronics handler det om at bruge kunstig intelligens, super-højopløsningsbilledbehandling og robotteknologi til at ændre, hvordan ting bliver bygget. Denne idé var ikke specifik for en bestemt branche. Vi havde vores første kunde i 2011, i næste generations halvledere, som var svære at skaleres på grund af nanoskala-fejl, der forårsagede dårlige udbytte og forhindrede masse-accept, på trods af de fantastiske egenskaber, de giver. Dette var et fantastisk sted at starte, da det gav os en masse udfordringer. Det gjorde, at vi kunne se ikke kun på den specifikke branche, men også på fabrikation i almindelighed. Denne branche, sammensat halvledere, er nu den hurtigst voksende del af branchen.

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

Abbe-grænsen er formaliseringen af en fysisk lov kaldet diffusionsgrænsen 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 gerne vil billede. Dette er noget, vi kan overgå, men det er noget, vi kan komme uden om ved hjælp af beregninger. Vi har flere forskellige metoder til at gøre dette. En af de mest effektive måder at tackle dette på er noget, vi ikke startede med overhovedet. Vi havde langt mere komplekse måder at gøre bevægelseskontrol og billedrekonstruktion på end vi gør nu. Dette involverede at flytte lys og fysisk flytte ting og tage multiple billeder og bruge beregninger til at se, hvad der ikke kan ses ellers. Vi gør stadig dette i nogle tilfælde, men oftere bruger vi en kombination af lysmodi og kunstig intelligens. Essentieligt set klassificerer vi, hvad en kunstig intelligens forventer at se, og sammenligner det med, hvad der ses, selv om lysbølgens længde er større end objektet, der billedes. Vi søger altid efter nye måder at gøre dette på, og udfordringen er ikke altid opløsning, men at kunne detektere noget, der er mindre end Abbe-grænsen, og at kunne gøre det med en gennemstrømningshastighed, der holder trit med fabrikation.

Kan du diskutere, hvordan Nanotronics kombinerer maskinlæring med nanoteknologi?

Jeg beskrev dette lidt i den forrige spørgsmål om Abbe-grænsen. I nanoteknologi kan du antage, at noget, du er i gang med at løse, er mindre end lysbølgens længde. Så, hvis du er i stand til at se noget, der er mindre, og kan se det, fordi du bruger maskinlæring, så er du i stand til at manipulere det, og du er i stand til at lære af det selv og bygge med det. Dette er første gang, det er muligt med nanoteknologi. Vi lavede et eksperiment, som du kan forestille dig, bliver noget værdifuldt i nanoteknologi, som var at bruge 3D-print med forstærkning-læring. 3D-printeren blev styret 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 dette ikke er nøjagtigt nano, ville den samme idé være anvendelig.

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

Dette er første gang, hvor mennesker med stor fingernemhed og evnen til at kombinere mange forskellige koncepter på en given 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, at kunstig intelligens skal optimere for. Det er en måde for os at give vejledning, mens vi ser på resultatet af den kunstige intelligens. Vi ved ikke altid, hvilken strategi og taktik, kunstig intelligens vil tage, men vi ved, hvilket resultat, vi gerne vil have, den skal opnå. Dette er særligt vigtigt i nanoteknologi, hvor mange af vores instinkter ikke er i linje med, hvordan fysikken fungerer. Heldigvis har en kunstig intelligens ikke problemer 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 kunstig intelligens ved at give den mange chancer for at lære på egen hånd uden vores fordomme, og den underviser os i, hvad der er muligt.

Nanotronics har samarbejdet med flere gen-sekvenserings-selskaber for at hjælpe med at reducere omkostningerne ved gen-sekvensering. Kan du diskutere nogle af disse samarbejder?

mens jeg ikke kan diskutere detaljerne om, hvad vi gør for vores kunder i gen-sekvensering, kan jeg sige, at vores mål og hvor vi har set nogen succes, er at bruge unikke lysmodi og kunstig intelligens 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 gen-sekvenser, der kan føre til en $100-gen. Mit personlige mål, som det er for mange andre, er at se personlig medicin blive en realitet så hurtigt som muligt.

Hvordan kan nanoteknologi øge udbytte og reducere affald?

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

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

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

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