Dr. Matthew Putman, CEO en mede-oprichter van Nanotronics – Interviewreeks

Dr. Matthew Putman is de CEO en mede-oprichter van Nanotronics, een wetenschappelijk technologiebedrijf dat de fabriekscontrole heeft herdefinieerd door de uitvinding van een platform dat AI, automatisering en geavanceerde beeldvorming combineert om menselijke vindingrijkheid te helpen bij het detecteren van fouten en afwijkingen in de productie, een industrie die sinds de jaren 50 stil heeft gestaan. Voordat hij bij Nanotronics kwam, was Matthew eigenaar en vice-president van Development voor Tech Pro, Inc., dat in 2008 werd overgenomen door Roper Industries. Tijdens zijn tijd bij Tech Pro leidde hij twee overnames en de transformatie van de instrumentenfabrikant naar nieuwe mondiale markten, met partnerships of dochterondernemingen in 15 landen.

Kunt u uitleggen wat nanotechnologie is?

Nanotechnologie heeft in de afgelopen 35 jaar of zo twee verschillende betekenissen gehad. De meest voorkomende in 2020 is dat nanotechnologie het gebruik is van elke technologie die een kenmerkgrootte heeft van minder dan 100 nanometer. We zien nanotechnologie die hierbij past in waterafstotende coatings, zonnebrandcrème en waterzuivering. Dit biedt kansen, maar is niet het meest spannend. Voor mij is nanotechnologie de mogelijkheid om dingen te produceren die atoomprecies zijn. Wanneer je iets hebt dat atoomprecies is, heb je de mogelijkheid om door de ruimte te navigeren zonder de beperkingen van de macrowereld. Je hebt fysieke en elektrische eigenschappen die niet alleen superieur zijn, maar ook controleerbaar. Dit is waar nanotechnologie de mogelijkheid heeft om gebieden van innovatie te openen die op andere manieren niet mogelijk zijn. Dit werd voor het eerst uiteengezet door Eric Drexler in de jaren 80, en nu kunstmatige intelligentie kan interactie hebben met materiaalkunde, biologie, chemie en fysica, zijn dingen mogelijk die eerder niet mogelijk waren.

Welke industrieën zijn het meest rijp voor disruptie door nanotechnologie?

De elektronica-industrie lijkt de weg te banen voor alles wat volgt. Het einde van de wet van Moore met traditionele halfgeleiderfabricage is eigenlijk een kans voor nanotechnologie. Ik denk dat we dingen gaan zien zoals 3D-architectuur van substraten, we gaan nieuwe materialen zien die we eerder niet konden gebruiken om meer energie-efficiëntie te bieden. En we zullen in staat zijn om ontwerpen te maken voor veel minder geld dan het nu kost om halfgeleiders te maken. Zodra je dit doet, zullen we zien dat de rest van de industrie kan profiteren van de eigenschappen om objecten op deze schaal te manipuleren, of het nu biologie of chemie is, het voorbeeld en prototype dat we zullen zien in halfgeleiders zal worden toegepast.

Kunt u het verhaal achter Nanotronics delen?

We begonnen Nanotronics in 2010, toen ik aan de Columbia University werkte. Nanotronics is eigenlijk het resultaat van het verlangen om ervoor te zorgen dat de meest spannende uitvindingen kunnen worden geschaald. Een universiteitslaboratorium is een plek van groot potentieel voor uitvindingen, maar het betekent niets als de uitvinding binnen het laboratorium blijft. Dit zit in mijn DNA als iemand die meer tijd op fabrieksvloeren heeft doorgebracht dan in academische laboratoria. Ik begon Nanotronics met mijn vader, die de oprichter was van een ander bedrijf waar we samen werkten. Dat bedrijf (Tech Pro) werd in 2008 overgenomen. Het doel van dat bedrijf was om de nieuwste computertechnologie en instrumentatie te gebruiken om oude industrieën te revolutioneren. Eigenlijk is Nanotronics de evolutie van dat concept. In het geval van Nanotronics gaat het om het gebruik van kunstmatige intelligentie, superresolutiebeeldvorming en robotica om de manier waarop dingen worden gebouwd te veranderen. Dit idee was niet specifiek voor een bepaalde industrie. We hadden onze eerste klant in 2011, in de volgende generatie halfgeleiders die moeilijk te schalen waren vanwege nanoschaaldefecten die slechte opbrengsten veroorzaakten en massale adoptie verhinderden, ondanks de ongelooflijke kwaliteiten die ze bieden. Dit was een geweldige plek om te beginnen, omdat het een enorme hoeveelheid uitdagingen bood. Het gaf ons de mogelijkheid om niet alleen naar die specifieke industrie te kijken, maar ook naar de fabricage in het algemeen. Deze industrie, samengestelde halfgeleiders, zijn nu het snelst groeiende segment van de industrie.

Nanotronics heeft een gepatenteerde manier om de Abbe-limiet te overtreffen. Kunt u beginnen met het uitleggen van de Abbe-limiet en hoe Nanotronics deze beperking kan overwinnen?

De Abbe-limiet is de formalisering van een wet in de fysica die de diffractielimiet wordt genoemd, door Ernst Abbe. Dit is een manier om optica te kiezen door de numerieke apertuur te berekenen, zodat de lichtgolf niet groter is dan het object dat je wilt afbeelden. Dit is iets dat we kunnen overwinnen, maar het is iets dat computationeel kan worden omzeild. We hebben verschillende methoden om dit te doen. Een van de meest effectieve manieren om dit te doen is niet iets waar we mee begonnen zijn. We hadden veel complexere methoden voor bewegingscontrole en reconstructie van beelden dan we nu hebben. Dit omvatte het verplaatsen van licht en fysieke objecten en het nemen van meerdere beelden en het gebruik van computationele middelen om te zien wat anders niet zichtbaar zou zijn. We doen dit nog steeds in sommige gevallen, maar vaker gebruiken we een combinatie van lichtmodi met kunstmatige intelligentie. Eigenlijk classificeren we wat een AI verwacht dat er gezien zou moeten worden en vergelijken we dat met wat er werkelijk wordt gezien, zelfs als de golflengte van het licht groter is dan het object dat wordt afgebeeld. We zijn altijd op zoek naar nieuwe manieren om dit te doen en de uitdaging is niet altijd resolutie, maar het detecteren van iets dat kleiner is dan de Abbe-limiet, en het doen van dit op doorvoersnelheden die bijhouden met de productie.

Kunt u bespreken hoe Nanotronics machine learning combineert met nanotechnologie?

Ik heb dit een beetje aangestipt in de vorige vraag over de Abbe-limiet. In nanotechnologie kun je aannemen dat iets dat je aan het oplossen bent kleiner is dan de golflengte van het licht dat je gebruikt. Dus, als je in staat bent om iets te zien dat kleiner is en het te zien te krijgen vanwege machine learning, dan ben je in staat om het te manipuleren en om er zelf van te leren en om ermee te bouwen. Dit is de eerste keer dat dit mogelijk was met nanotechnologie. We hebben een experiment gedaan dat je je kunt voorstellen als iets waardevols in nanotechnologie, wat was om 3D-printen te gebruiken met versterkingsleren. De 3D-printer werd geleid door versterkingsleren agenten die moesten optimaliseren voor het repareren van anomalieën om een eind eigenschap te krijgen. Ze deden dit op manieren die mensen nooit hadden bedacht. Hoewel dit niet exact nano is, zou hetzelfde idee van toepassing zijn.

Kunt u bespreken hoe nanotechnologie en mensen elkaar kunnen aanvullen?

Dit is de eerste keer dat mensen met grote vaardigheid en de mogelijkheid om veel verschillende concepten op een gegeven moment te verbinden, kunnen werken met de ongelooflijk snelle capaciteit van een kunstmatige intelligentie. Dit kan worden gedaan door onze doelen continu bij te werken die we willen dat AI optimaliseert. Het is een manier voor ons om richting te geven terwijl we naar de uitkomst van die AI kijken. We weten niet altijd welke strategie en tactiek de AI zal kiezen, maar we weten welk resultaat we willen dat het bereikt. Dit is vooral belangrijk in nanotechnologie, waar veel van onze instincten niet in overeenstemming zijn met de manier waarop de fysica werkt. Gelukkig heeft een AI niet het probleem van deze instincten en kan het in plaats daarvan reageren op de situatie en leren op manieren waarop wij niet in staat zijn. In wezen leren we een AI door het veel kansen te geven om zelf te leren zonder onze vooroordelen en in ruil daarvoor leert het ons wat mogelijk is.

Nanotronics heeft partnerships met een aantal genoomsequencingbedrijven om te helpen bij het verlagen van de kosten van genoomsequencing. Kunt u enkele van deze partnerships bespreken?

Hoewel ik de details van wat we voor onze klanten in genoomsequencing doen niet kan delen, kan ik zeggen dat ons doel en waar we enige succes hebben gezien, is om unieke lichtmodi en AI te gebruiken voor het verbeteren van opbrengsten. Betere opbrengsten kunnen zeer goed worden gekoppeld aan de prijs van een sequentie. Als je dit doet, leidt het uiteindelijk tot een snellere ontwikkeling van vaccins en andere therapeutica en ook tot extreem goedkope genoomsequencing die kan leiden tot een genoom van $100. Mijn persoonlijke doel, net als dat van velen anderen, is om persoonlijke geneeskunde zo snel mogelijk werkelijkheid te laten worden.

Wat zijn enkele manieren waarop nanotechnologie de opbrengst kan verhogen en afval kan reduceren?

Nanotechnologie moet worden geassocieerd met de reductie van afval, of het is geen echte nanotechnologie naar mijn mening. We zullen zeggen dat nanotechnologie en atoomprecieze fabricage synoniem zijn, dus de grondstof van wat je produceert zou geen afval moeten bevatten. We denken dat dit mogelijk is als je denkt aan wat is bereikt door het gebruik van versterkingsleren voor andere fabricagemethoden die we doen.

Is er nog iets anders dat u over Nanotronics wilt delen?

We doen iets dat we intelligent factory control (IFC) noemen. We zien de weg van intelligente fabrieken als een weg die leidt van de verbetering van opbrengsten in traditionele fabrieken naar atoomprecieze fabrieken.

Bedankt voor het geweldige interview, lezers die meer willen leren, moeten Nanotronics bezoeken.