Tohtori Matthew Putman, Nanotronicsin toimitusjohtaja ja perustajajäsen – Haastattelusarja

Tohtori Matthew Putman on Nanotronicsin toimitusjohtaja ja perustajajäsen, tieteen ja teknologian yritys, joka on uudelleenmääritellyt tehtaan valvontaa keksimällä alustan, joka yhdistää tekoälyyn, automaatioon ja edistyneen kuvantamiseen, jotta se voi auttaa ihmisten älykkyyttä havaitsemaan virheitä ja poikkeamia valmistuksessa, alalla, joka on ollut pysähdyksissä 1950-luvun jälkeen. Ennen Nanotronicsia Matthew oli omistaja ja kehitysjohtaja Tech Pro, Inc.:ssä, joka myytiin Roper Industriesille vuonna 2008. Tech Pro -aikanaan hän johti kaksi yritysostoa ja instrumenttivalmistajan muodonmuutosta uusille kansainvälisille markkinoille, ja perusti yhteistyösopimuksia tai tytäryhtiöitä 15 maassa.

Voitko kuvata, mitä on nanoteknologia?

Nanoteknologia on ottanut kaksi eri merkitystä noin 35 vuoden ajan, jolloin termi on ollut olemassa. Yleisin vuonna 2020 on, että nanoteknologia on minkä tahansa teknologian käyttö, jolla on ominaisuus, jonka koko on alle 100 nanometriä. Näemme nanotekniikkaa, joka sopii tähän, esimerkiksi tahriintumattomiin pinnoitteisiin, aurinkovoiteisiin ja veden puhdistukseen. Tämä tarjoaa mahdollisuuksia, mutta ei olekaan jännittävintä. Minulle nanoteknologia on kyky valmistaa asioita, jotka ovat atomisesti tarkkoja. Kun sinulla on jotain, joka on atomisesti tarkka, sinulla on mahdollisuus liikkua avaruudessa ilman makromaailman rajoituksia. Sinulla on fyysisiä ja sähköisiä ominaisuuksia, jotka eivät ole vain parempia, vaan myös säädettävissä. Tässä nanoteknologia voi avata uusia innovaatioalueita, joita ei voida tehdä muilla tavoin. Tämä oli alun perin määritelty Eric Drexlerin toimesta 1980-luvulla, ja nyt, kun tekoäly voi vuorovaikuttaa materiaalitieteiden, biologian, kemian ja fysiikan kanssa, asiat ovat mahdollisempia kuin koskaan aiemmin.

Mitkä alat ovat eniten alttiita nanoteknologian mullistavalle vaikutukselle?

Elektroniikkateollisuus on ala, joka näyttää johtavan kaikkea muuta. Perinteisen puolijohdeteollisuuden kehityksen loppuminen on itse asiassa nanoteknologian mahdollisuus. Luulen, että aloimme nähdä asioita, kuten 3D-rakenteita, uusia materiaaleja, joita emme voineet aikaisemmin käyttää, ja suunnitelmia, jotka voidaan rakentaa paljon edullisemmin kuin mitä puolijohteiden valmistus nykyään maksaa. Kun teet tämän, näet, että muut alat voivat hyötyä atomisesti tarkoista ominaisuuksista, olipa kyse biologiasta, kemiasta tai esimerkistä ja prototyypeistä, joita näemme puolijohdevalmistuksessa, ja soveltaa niitä muihin kohteisiin.

Voitko kertoa Nanotronicsin syntytarinan?

Aloimme Nanotronicsin vuonna 2010, kun työskentelin Columbian yliopistossa. Nanotronics on todella seuraus siitä, että halusimme varmistaa, että kaikkein jännittävimmät keksinnöt voitiin skaalata. Yliopiston laboratorio on paikka, jossa on suuri keksintöpotentiaali, mutta se ei merkitse mitään, jos keksintö pysyy laboratoriossa. Tämä on minun DNA:ni, joka on työskennellyt enemmän tehtaan lattioilla kuin akateemisissa laboratorioissa. Aloin Nanotronicsin isäni kanssa, joka oli toisen yrityksen perustaja, jossa työskentelimme yhdessä. Tämä yritys (Tech Pro) myytiin vuonna 2008. Tämän yrityksen tavoitteena oli käyttää uusinta tietokoneteknologiaa ja instrumentteja vanhojen teollisuudenalojen vallankumoukseen. Todella, Nanotronics on tämän konseptin evoluutio. Nanotronicsin tapauksessa kyse on tekoälystä, superresoluutio-kuvantamisesta ja roboteista, joilla muutetaan sitä, miten asioita valmistetaan. Tämä idea ei ollut alakohtainen. Saimme ensimmäisen asiakkaamme vuonna 2011 uusimman sukupolven puolijohteista, jotka olivat vaikeita skaalata nanomittakaavuisen virheiden takia, jotka aiheuttivat heikkoja tuottoja ja estivät massatuotannon, huolimatta siitä, että ne tarjosivat uskomattomia ominaisuuksia. Tämä oli erinomainen paikka aloittaa, koska se tarjosi valtavan määrän haasteita. Se teki siitä mahdollisen, että voimme tarkastella sekä tätä tiettyä alaa että valmistusta yleensä. Tämä teollisuus, yhdistetty puolijohteet, on nyt teollisuuden nopeimmin kasvava osa-ala.

Nanotronicsilla on patentoiden tapa ylittää Abben raja. Voitko aloittaa selittämällä, mitä Abben raja on ja miten Nanotronics pystyy ylittämään tämän rajoituksen?

Abben raja on fysiikan lakien formalisointi, jota kutsutaan diffraktiorajaksi, jonka Ernst Abbe on laskenut. Tämä on tapa valita optiikkaa laskemalla numeerinen aukko, jotta valoaalto ei ole suurempi kuin kohde, jonka haluat kuvata. Tämä on jotain, mitä voidaan kiertää, mutta se on laskennallisesti mahdollista. Meillä on useita eri tapoja tehdä tämä. Yksi hyvin tehokas tapa on, ettei se ollut alun perin mitään, mistä aloimme. Meillä oli paljon monimutkaisempia tapoja liiketoiminnan hallintaan ja kuvien rekonstruktioon kuin mitä meillä on nyt. Tämä käsitti valon ja fyysisten asioiden liikuttamisen ja useiden kuvien ottamisen ja laskennan avulla nähdä, mitä ei voitu nähdä muuten. Meillä on edelleen joitakin tapauksia, joissa meillä on yhdistelmä valon tiloja ja tekoälyä. Periaatteessa me luokittelemme, mitä tekoäly odottaa näkevänsä, ja vertaamme sitä siihen, mitä nähdään, vaikka valon aallonpituus on suurempi kuin kohde, jota kuvataan. Me etsimme aina uusia tapoja tehdä tämä, ja haaste ei aina ole resoluutio, vaan kyky havaita jotain, joka on pienempi kuin Abben raja, ja tehdä se valmistusnopeuksilla, jotka pitävät valmistuksen mukana.

Voitko keskustella siitä, miten Nanotronics yhdistää koneoppimisen nanoteknologiaan?

Käsittelin tätä hieman edellisessä kysymyksessä Abben rajasta. Nanoteknologiassa voidaan olettaa, että jotain, mitä ratkaistaan, on pienempi kuin valon aallonpituus, jota käytetään. Jos pystyt näkemään jotain, joka on pienempi, ja nähdä sen, koska tekoäly, voit manipuloida sitä ja voit oppia siitä itse ja voit rakentaa sen kanssa. Tämä on ensimmäinen kerta, kun tämä on mahdollista nanoteknologian kanssa. Teimme kokeen, jonka voit kuvitella tulevan arvokkaaksi nanoteknologian kannalta, jossa käytimme 3D-tulostusta vahvistusoppimisella. 3D-tulostin ohjattiin vahvistusoppimisella, jotta se optimoi virheiden korjaamista ja saavutti lopputuloksen. Se teki sen tavoin, jota ihmiset eivät olisi koskaan keksineet. Vaikka se ei ole täsmälleen nano, sama idea soveltuu.

Voitko keskustella siitä, miten nanoteknologia ja ihmiset voivat täydentää toisiaan?

Tämä on ensimmäinen kerta, kun ihmiset, joilla on suuri taituruus ja kyky yhdistää monia eri käsitteitä, voivat työskennellä yhdessä tekoälyn erittäin nopean kyvyn kanssa. Tämä voidaan tehdä päivittämällä jatkuvasti tavoitteita, joita haluamme tekoälyn optimoida. Se on tapa antaa ohjausta ja seurata tekoälyn tuloksia. Emme aina tiedä, minkälaisia strategioita ja taktiikkaa tekoäly ottaa, mutta tiedämme tuloksen, jonka haluamme sen saavuttavan. Tämä on erityisen tärkeää nanoteknologian kannalta, jossa monet meidän vaistomme eivät ole linjassa fysiikan toimintatapojen kanssa. Onneksi tekoälyllä ei ole ongelmaa näistä vaistoista, ja se voi reagoida tilanteeseen ja oppia tavoin, joita emme itse pysty. Periaatteessa opetamme tekoälyä antamalla sille paljon mahdollisuuksia oppia itse ilman meidän ennakkoluulojamme, ja se opettaa meitä, mitä on mahdollista.

Nanotronics on tehnyt yhteistyötä useiden genomin sekvensointiyhtiöiden kanssa, jotta se voi auttaa vähentämään genomin sekvensoinnin kustannuksia. Voitko keskustella joistakin näistä yhteistyösopimuksista?

Vaikka en voi keskustella yksityiskohdista siitä, mitä teemme asiakkaidemme kanssa genomin sekvensoinnissa, voin sanoa, että tavoitteemme ja siinä, missä olemme nähneet jonkinlaista menestystä, on käyttää ainutlaatuisia valon tiloja ja tekoälyä tuottavuuden parantamiseen. Paremmat tuottavuudet voidaan kytkeä hyvin sekvenssin hintaan. Jos teet tämän, se johtaa lopulta nopeampaan rokotteiden ja muiden lääkeaineiden kehittymiseen ja erittäin edulliseen genomin sekvensointiin, joka voisi johtaa 100 dollarin genomiin. Henkilökohtainen tavoitteeni, kuten monien muiden, on nähdä henkilökohtainen lääketiede todellisuutena mahdollisimman pian.

Mitkä ovat joitakin tapoja, joilla nanoteknologia voi lisätä tuottavuutta vähentäen samalla浪?

Nanoteknologia on liitetty jätteen vähentämiseen, tai se ei ole todella nanoteknologiaa. Sanomme, että nanoteknologia ja atomisesti tarkka valmistus ovat synonyymejä, ja siksi valmistettavien tuotteiden raaka-aineiden tulisi olla ilman jätteitä. Luulen, että tämä on mahdollista, jos ajattelemme, mitä on saavutettu käyttämällä vahvistusoppimista muihin valmistustekniikoihin, joita teemme.

Onko jotain muuta, mitä haluaisit jakaa Nanotronicsista?

Teemme jotain, mitä kutsutaan älykkääksi tehtaan valvontaksi (IFC). Näemme älykkäiden tehtaiden tien johtavan perinteisten tehtaiden tuottavuuden parantamisesta atomisesti tarkoihin tehtaisiin.

Kiitos haastattelusta, lukijat, jotka haluavat oppia lisää, kannattaa vierailla Nanotronics-sivustolla.