Tohtori Matthew Putman, Nanotronicsin toimitusjohtaja ja perustaja – Haastattelusarja

Tohtori Matthew Putman on Nanotronicsin toimitusjohtaja ja perustaja, tieteen ja teknologian yritys, joka on uudelleenmääritellyt tehtaan ohjausjärjestelmän kehittämällä alustan, joka yhdistää tekoälyyn, automaatioon ja edistyneen kuvantamiseen ihmisen älykkyyden virheiden ja poikkeamien havaitsemiseksi 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 Prossa työskennellessään hän johti kaksi yritysostoa ja muunsi instrumenttivalmistajan uusiksi kansainvälisiksi markkinoiksi, joihin kuului 15 maata.

Voitko kertoa, mitä nanoteknologia on?

Nanoteknologia on saanut 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, vesipintaa vastustavissa pinnoitteissa, aurinkovoiteessa ja vedenvaatimisessa. Tämä tarjoaa mahdollisuuksia, mutta se ei olekaan kaikkein jännittävin. 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 sekä fyysisiä että sähköisiä ominaisuuksia, jotka eivät ainoastaan ole parempia, vaan ne ovat myös kontrolloitavissa. Tässä nanoteknologia voi avata alueita, joita ei voida kehittää 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 mahdollisuus nanoteknologialle. Luulen, että näemme asioita, kuten kolmiulotteisen arkkitehtuurin substraateissa, ja näemme uusia materiaaleja, joita emme voineet aiemmin käyttää, jotta saataisiin enemmän energiatehokkuutta. Ja pystymme suunnittelemaan rakenteita, jotka ovat paljon edullisempia kuin mitä se nykyään maksaa puolijohdien valmistus. Kun teet tämän, näemme, että muutkin alat voivat hyötyä ominaisuuksista, joita voidaan manipuloida tässä mittakaavassa, olipa se sitten biologiaa tai kemiaa, esimerkki ja prototyyppi, jonka näemme puolijohdeissa, sovelletaan muualle.

Voitko kertoa Nanotronicsin syntytarinaa?

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 keksintömahdollisuus, 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 tietokoneteknologiaa ja instrumenttiteknologiaa vanhojen alojen vallankumoukseen. Nanotronics on todella tämän konseptin evoluutio. Nanotronicsissa käytetään tekoälyä, superresoluutio-kuvantamista ja robottiikkaa muuttaaksesi sitä, miten asioita rakennetaan. Tämä idea ei ollut alakohtainen. Saimme ensimmäisen asiakkaamme vuonna 2011 seuraavan sukupolven puolijohdevalmistuksessa, joka oli vaikeaa skaalata nanomittakaavan virheiden vuoksi, jotka aiheuttivat heikkoja tuottoja ja estivät massanomistuksen, huolimatta siitä, että ne tarjosivat uskomattomia ominaisuuksia. Tämä oli ihana paikka aloittaa, koska se esitti paljon haasteita. Se teki siitä, että voimme tarkastella sekä tätä tiettyä alaa että valmistusta yleensä. Tämä ala, yhdistetty puolijohde, on nyt teollisuuden nopeimmin kasvava osa.

Nanotronics on patentoinut tavan 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 siten, että valoaalto ei ole suurempi kuin kohde, jonka haluat kuvata. Tämä on jotain, mitä voidaan ohittaa, mutta se on jotain, minkä voi ohittaa laskemalla. Meillä on useita eri tapoja tehdä tämä. Yksi tapa on, että käytetään valaistusmuotoja ja tekoälyä. Periaatteessa olemme luokittelemassa, mitä tekoäly odottaa näkevänsä, ja vertaamme sitä siihen, mitä nähdään, vaikka valon aallonpituus on suurempi kuin kohde, jota kuvataan. Olemme aina etsimässä uusia tapoja tehdä tämä, ja haaste ei ole aina 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 olet ratkaisemassa, on pienempi kuin valon aallonpituus, jonka käytät. Jos pystyt näkemään jotain, joka on pienempi, ja näkemään sen, koska koneoppiminen, niin pystyt manipuloimaan sitä ja opettelemaan siitä itse ja rakentamaan siitä. 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, joka optimoi virheiden korjaamiseen saadaksesi lopputuloksen. He tekivät sen tavoin, jota ihmiset eivät olisi koskaan ajatelleet. Vaikka se ei olekaan täysin 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 tekoälyn nopean kyvyn kanssa. Tämä voidaan tehdä päivittämällä jatkuvasti tavoitteita, joita haluamme tekoälyn optimoida. Se on tapa antaa ohjeita ja seurata tekoälyn tuloksia. Emme aina tiedä, minkälaisia strategioita ja taktiikoita tekoäly ottaa, mutta tiedämme tuloksen, jonka haluamme saavuttaa. Tämä on erityisen tärkeää nanoteknologian kanssa, jossa monet meidän vaistomme eivät ole linjassa siitä, miten fysiikka toimii. Onneksi tekoälyllä ei ole ongelmaa näistä vaistoista, ja se voi reagoida tilanteeseen ja oppia tavoin, joihin me emme ole kykeneviä. Olemme opettamassa tekoälyä antamalla sille paljon mahdollisuuksia oppia ilman meidän ennakkoluulojamme, ja se opettaa meitä, mitä on mahdollista.

Nanotronics on tehnyt yhteistyötä useiden genomin sekvensointiyhtiöiden kanssa auttaakseen genomin sekvensoinnin kustannusten laskussa. Voitko keskustella joistakin näistä yhteistyösopimuksista?

Vaikka en voi keskustella yksityiskohtaisesti siitä, mitä teemme asiakkaidemme kanssa genomin sekvensoinnissa, voin sanoa, että tavoitteemme ja missä olemme nähneet jonkinlaista menestystä on käyttää ainutlaatuisia valaistusmuotoja ja tekoälyä parantamaan tuottoja. Paremmat tuotot voivat olla sidoksissa sekvensoinnin hintaan. Jos teet tämän, se johtaa lopulta nopeampaan kehitykseen rokotuksille ja muihin terapeuttisiin välineisiin ja myös erittäin halpaan 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 tuottoja ja vähentää jätteitä?

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

Onko jotain muuta, mitä haluaisit jakaa Nanotronicsista?

Meillä on jotain, mitä kutsutaan älykkääksi tehtaan ohjaukseksi (IFC). Me näemme älykkäiden tehtaiden tien kulkevan perinteisten tehtaiden tuottavuuden parantamisesta kohti atomisesti tarkkoja tehtaita.

Kiitos haastattelusta, lukijat, jotka haluavat oppia lisää, voivat vierailla Nanotronicsissa.