Dr. Matthew Putman, CEO und Mitgründer von Nanotronics – Interview-Serie

Dr. Matthew Putman ist der CEO und Mitgründer von Nanotronics, einem Wissenschafts- und Technologieunternehmen, das die Fabriksteuerung durch die Erfindung einer Plattform neu definiert hat, die KI, Automatisierung und fortschrittliche Bildgebung kombiniert, um die menschliche Erfindungsgabe bei der Erkennung von Fehlern und Anomalien in der Fertigung zu unterstützen, einer Branche, die seit den 1950er Jahren stagniert. Vor Nanotronics war Matthew Eigentümer und Vice President of Development bei Tech Pro, Inc., das 2008 von Roper Industries übernommen wurde. Während seiner Zeit bei Tech Pro leitete er zwei Übernahmen und die Transformation des Instrumentenherstellers in neue globale Märkte, indem er Partnerschaften oder Tochtergesellschaften in 15 Ländern gründete.

Können Sie uns erklären, was Nanotechnologie ist?

Nanotechnologie hat in den etwa 35 Jahren, in denen der Begriff existiert, zwei verschiedene Bedeutungen angenommen. Die häufigste im Jahr 2020 ist, dass Nanotechnologie die Verwendung von Technologien ist, die eine Merkmalgröße von weniger als 100 Nanometern haben. Wir sehen Nanotechnologie, die dieser Definition entspricht, in wasserabweisenden Beschichtungen, Sonnencreme und Wasseraufbereitung. Dies bietet Chancen, aber es ist nicht das Aufregendste. Für mich ist Nanotechnologie die Fähigkeit, Dinge herzustellen, die atomar präzise sind. Wenn Sie etwas haben, das atomar präzise ist, haben Sie die Fähigkeit, durch den Raum zu navigieren, ohne die Einschränkungen der Makrowelt. Sie haben physikalische und elektrische Eigenschaften, die nicht nur überlegen sind, sondern auch kontrollierbar. Dies ist der Bereich, in dem Nanotechnologie die Möglichkeit hat, Bereiche der Innovation zu öffnen, die auf andere Weise nicht möglich sind. Dies wurde erstmals von Eric Drexler in den 1980er Jahren beschrieben, und jetzt, da künstliche Intelligenz mit Materialwissenschaft, Biologie, Chemie und Physik interagieren kann, sind Dinge möglich, die es vorher nicht waren.

Welche Branchen sind am meisten für eine Disruption durch Nanotechnologie bereit?

Die Elektronikindustrie ist etwas, das den Weg für alles andere zu bahnen scheint. Das Ende von Moores Gesetz durch herkömmliche Halbleiterfertigung ist tatsächlich eine Chance für Nanotechnologie. Ich denke, wir werden Dinge wie 3D-Architektur von Substraten sehen, wir werden neue Materialien sehen, die wir vorher nicht verwenden konnten, um mehr Energieeffizienz zu bieten. Und wir werden in der Lage sein, Designs zu erstellen, die für viel weniger Geld gebaut werden können, als es derzeit der Fall ist. Sobald Sie dies tun, werden wir sehen, dass der Rest der Industrie von den Eigenschaften profitieren kann, Objekte auf dieser Skala zu manipulieren, sei es in der Biologie oder Chemie, das Beispiel und die Prototypen, die wir in Halbleitern sehen werden, werden auf andere Bereiche angewendet.

Können Sie uns die Entstehungsgeschichte hinter Nanotronics erzählen?

Wir begannen mit Nanotronics im Jahr 2010, als ich an der Columbia University arbeitete. Nanotronics ist wirklich das Ergebnis nicht so sehr des Wunsches, ein Unternehmen zu gründen, sondern der Überzeugung, dass die aufregendsten Erfindungen skaliert werden müssen. Ein Universitätslabor ist ein Ort großer Erfindungspotenziale, aber es bedeutet nicht viel, wenn die Erfindung im Labor bleibt. Dies ist in meinem DNA als jemand, der mehr Zeit auf Fabrikböden als in akademischen Labors verbracht hat. Ich gründete Nanotronics mit meinem Vater, der der Gründer eines anderen Unternehmens war, mit dem wir zusammenarbeiteten. Dieses Unternehmen (Tech Pro) wurde 2008 übernommen. Das Ziel dieses Unternehmens (Tech Pro) bestand darin, die neueste Computertechnologie und Instrumentierung zur Revolutionierung alter Industrien zu nutzen. Im Falle von Nanotronics handelt es sich um die Evolution dieses Konzepts. Hierbei geht es darum, künstliche Intelligenz, Super-Auflösungsbildgebung und Robotik zu nutzen, um die Art und Weise zu ändern, wie Dinge gebaut werden. Diese Idee war nicht branchenspezifisch. Wir hatten unseren ersten Kunden im Jahr 2011 in der Next-Generation-Halbleiterindustrie, die aufgrund von Nanoskalendefekten, die zu schlechten Erträgen führten, schwer zu skalieren war und keine Massenadoption ermöglichte, trotz der außergewöhnlichen Eigenschaften, die sie bietet. Dies war ein wunderbarer Ausgangspunkt, da es uns eine enorme Herausforderung bot. Es ermöglichte es uns, nicht nur auf diese spezifische Branche zu schauen, sondern auch auf die Fertigung im Allgemeinen. Diese Branche, die Compound-Halbleiterindustrie, ist jetzt der am schnellsten wachsende Sektor der Branche.

Nanotronics hat ein patentiertes Verfahren, um die Abbe-Grenze zu überwinden. Können Sie uns erklären, was die Abbe-Grenze ist und wie Nanotronics diese Einschränkung überwinden kann?

Die Abbe-Grenze ist die Formalisierung eines physikalischen Gesetzes, das als Beugungsgrenze von Ernst Abbe bezeichnet wird. Dies ist eine Möglichkeit, Optiken durch die Berechnung der numerischen Apertur zu wählen, sodass die Lichtwelle nicht größer ist als das Objekt, das Sie abbilden möchten. Dies ist etwas, das wir überwinden können, aber es ist auch etwas, das computationally umgangen werden kann. Wir haben mehrere Methoden, dies zu tun. Eine der effektivsten Methoden, dies zu erreichen, war nicht das, mit dem wir bei Nanotronics begannen. Wir hatten komplexere Methoden der Bewegungssteuerung und der Bildrekonstruktion als die, die wir jetzt verwenden. Dies beinhaltete das Bewegen von Licht und physischen Objekten und das Aufnehmen mehrerer Bilder und die Verwendung von Computern, um zu sehen, was sonst nicht sichtbar wäre. Wir tun dies noch in einigen Fällen, aber häufiger verwenden wir eine Kombination von Lichtmodi mit künstlicher Intelligenz. Im Wesentlichen klassifizieren wir, was eine künstliche Intelligenz erwarten sollte, und vergleichen dies mit dem, was tatsächlich gesehen wird, auch wenn die Wellenlänge des Lichts größer ist als das Objekt, das abgebildet wird. Wir suchen ständig nach neuen Methoden, dies zu tun, und die Herausforderung besteht nicht immer in der Auflösung, sondern in der Fähigkeit, etwas zu erkennen, das kleiner ist als die Abbe-Grenze, und dies mit einer Geschwindigkeit zu tun, die der Fertigung entspricht.

Können Sie uns erklären, wie Nanotronics Maschinelles Lernen mit Nanotechnologie kombiniert?

Ich habe dies bereits ein wenig in der vorherigen Frage zur Abbe-Grenze angesprochen. In der Nanotechnologie kann man annehmen, dass etwas, das man auflöst, kleiner ist als die Wellenlänge des Lichts, das man verwendet. Wenn Sie also in der Lage sind, etwas zu sehen, das kleiner ist, und dies aufgrund von Maschinellem Lernen zu tun, dann sind Sie in der Lage, es zu manipulieren und von ihm zu lernen und es zu bauen. Dies ist das erste Mal, dass dies in der Nanotechnologie möglich ist. Wir haben ein Experiment durchgeführt, das man sich als wertvoll in der Nanotechnologie vorstellen kann, bei dem wir 3D-Drucken mit Verstärkendem Lernen kombinierten. Der 3D-Drucker wurde von Verstärkungslernalgorithmen geleitet, die darauf programmiert waren, Anomalien zu beheben, um eine bestimmte Eigenschaft zu erreichen. Sie taten dies auf Weise, die Menschen nie zuvor in Betracht gezogen hatten. Obwohl dies nicht genau Nano ist, würde das gleiche Prinzip gelten.

Können Sie uns erklären, wie Nanotechnologie und Menschen einander ergänzen können?

Dies ist das erste Mal, dass Menschen mit großer Geschicklichkeit und der Fähigkeit, viele verschiedene Konzepte gleichzeitig zu verbinden, mit der unglaublich schnellen Fähigkeit einer künstlichen Intelligenz zusammenarbeiten können. Dies kann durch die kontinuierliche Aktualisierung unserer Ziele erreicht werden, die wir die künstliche Intelligenz optimieren lassen möchten. Es ist eine Möglichkeit für uns, Anleitung zu geben, während wir das Ergebnis dieser künstlichen Intelligenz beobachten. Wir wissen nicht immer, welche Strategie und welche Taktik die künstliche Intelligenz verwenden wird, aber wir wissen, welches Ergebnis wir erreichen möchten. Dies ist besonders wichtig in der Nanotechnologie, wo viele unserer Instinkte nicht mit der Art und Weise übereinstimmen, wie die Physik funktioniert. Glücklicherweise hat eine künstliche Intelligenz nicht das Problem dieser Instinkte und kann stattdessen auf die Situation reagieren und auf Weise lernen, die wir nicht können. Im Wesentlichen unterrichten wir eine künstliche Intelligenz, indem wir ihr viele Chancen geben, selbst zu lernen, ohne unsere Vorurteile, und im Gegenzug unterrichtet sie uns über das, was möglich ist.

Nanotronics hat Partnerschaften mit einer Reihe von Genomsequenzierungsunternehmen geschlossen, um bei der Reduzierung der Kosten der Genomsequenzierung zu helfen. Können Sie uns über einige dieser Partnerschaften erzählen?

Obwohl ich nicht über die Details dessen sprechen kann, was wir für unsere Kunden in der Genomsequenzierung tun, kann ich sagen, dass unser Ziel und wo wir einige Erfolge gesehen haben, darin besteht, einzigartige Lichtmodi und künstliche Intelligenz zur Verbesserung der Erträge zu nutzen. Bessere Erträge können sehr gut mit dem Preis einer Sequenz in Verbindung gebracht werden. Wenn Sie dies tun, führt es letztendlich zu einer schnelleren Entwicklung von Impfstoffen und anderen Therapien und auch zu extrem preisgünstiger Genomsequenzierung, die zu einer 100-Dollar-Genomsequenzierung führen könnte. Mein persönliches Ziel, wie auch das vieler anderer, ist es, personalisierte Medizin so schnell wie möglich Wirklichkeit werden zu lassen.

Wie kann Nanotechnologie die Ausbeute steigern und gleichzeitig Abfall reduzieren?

Nanotechnologie muss mit der Reduzierung von Abfall verbunden sein, oder es ist keine wahre Nanotechnologie, meiner Meinung nach. Wir sagen, dass Nanotechnologie und atomar präzise Fertigung synonym sind, daher sollte die Ausgangsmaterialien, die wir verwenden, überhaupt keinen Abfall beinhalten. Wir denken, dass dies möglich ist, wenn man an die Erfolge denkt, die durch die Verwendung von Verstärkendem Lernen für andere Fertigungstechniken erzielt wurden, die wir anwenden.

Gibt es noch etwas, das Sie über Nanotronics teilen möchten?

Wir tun etwas, das wir intelligente Fabriksteuerung (IFC) nennen. Wir sehen den Weg zu intelligenten Fabriken als eine Entwicklung von der Verbesserung der Erträge in traditionellen Fabriken hin zu atomar präzisen Fabriken.

Vielen Dank für das großartige Interview. Leser, die mehr erfahren möchten, sollten Nanotronics besuchen.