Dr Matthew Putman, dyrektor generalny i współzałożyciel Nanotronics – seria wywiadów

Dr Matthew Putman jest dyrektorem generalnym i współzałożycielem firmy Nanotronika, firmą zajmującą się technologią naukową, która na nowo zdefiniowała kontrolę fabryk poprzez wynalezienie platformy łączącej sztuczną inteligencję, automatyzację i wyrafinowane wyobraźnię, aby pomóc ludzkiej pomysłowości w wykrywaniu wad i anomalii w produkcji – w branży, która znajduje się w stagnacji od lat pięćdziesiątych XX wieku. Przed Nanotronics Matthew był właścicielem i wiceprezesem ds. rozwoju firmy Tech Pro, Inc., która została przejęta przez Roper Industries w 1950 r. W czasie swojej pracy w Tech Pro kierował dwoma przejęciami i przekształceniem producenta instrumentów w nowy globalny rynkach, tworząc spółki lub spółki zależne w 2008 krajach.

Mógłbyś opisać co to jest nanotechnologia?

Nanotechnologia nabrała dwóch różnych znaczeń na przestrzeni mniej więcej 35 lat istnienia tego terminu. Najbardziej powszechną w 2020 r. jest ta, że ​​nanotechnologia to zastosowanie dowolnej technologii, której wielkość elementu jest mniejsza niż 100 nanometrów. Widzimy nanotechnologię, która pasuje do tego w powłokach plamoodpornych, filtrach przeciwsłonecznych i oczyszczaniu wody. Daje to możliwości, ale nie jest najbardziej ekscytujące. Dla mnie nanotechnologia to zdolność wytwarzania rzeczy o atomowej precyzji. Kiedy masz coś, co jest atomowo precyzyjne, masz możliwość poruszania się w przestrzeni bez ograniczeń świata makro. Masz właściwości fizyczne i elektryczne, które są nie tylko doskonałe, ale także można je kontrolować. To tutaj nanotechnologia ma możliwość otwarcia obszarów innowacji niemożliwych w inny sposób. Po raz pierwszy nakreślił to Eric Drexler w latach 1980. XX wieku, a teraz, gdy sztuczna inteligencja może wchodzić w interakcje z naukami o materiałach, biologią, chemią i fizyką, wszystko jest bardziej możliwe niż kiedykolwiek wcześniej.

Które gałęzie przemysłu są najbardziej podatne na zakłócenia ze strony nanotechnologii?

Przemysł elektroniczny wydaje się wyznaczać kierunki we wszystkim innym. Potencjalny koniec prawa Moore'a wykorzystującego tradycyjną produkcję półprzewodników jest w rzeczywistości szansą dla nanotechnologii. Myślę, że zaczniemy widzieć takie rzeczy, jak architektura 3D substratów, zobaczymy nowy materiał, którego nie mogliśmy wcześniej wykorzystać, aby zapewnić większą efektywność energetyczną. Będziemy mogli zobaczyć, jak projekty powstają za znacznie mniejsze pieniądze niż obecnie potrzeba na budowę półprzewodników. Gdy to zrobisz, zobaczymy, że reszta może skorzystać z właściwości do manipulowania obiektami w tej skali, niezależnie od tego, czy jest to biologia, czy chemia, zastosowany zostanie przykład i prototyp, który zobaczymy w półprzewodnikach.

Czy mógłbyś podzielić się historią powstania Nanotronics?

Zaczęliśmy zajmować się Nanotronics w 2010 roku, kiedy pracowałem na Uniwersytecie Columbia. Nanotronika tak naprawdę nie jest wynikiem chęci posiadania firmy, ale chęci upewnienia się, że najbardziej ekscytujące wynalazki będą mogły zostać skalowane. Laboratorium uniwersyteckie to miejsce, w którym kryje się ogromny potencjał wynalazków, ale nie ma to większego znaczenia, jeśli wynalazek pozostanie w laboratorium. Mam to w DNA jako osoby, która więcej czasu spędziła w fabrykach niż w laboratoriach akademickich. Zacząłem Nanotronics z moim ojcem, był założycielem kolejnej firmy, w której pracowaliśmy razem. Ta firma została przejęta w 2008 roku. Celem tej firmy (Tech Pro) było wykorzystanie najnowszej technologii komputerowej i oprzyrządowania do zrewolucjonizowania starszych gałęzi przemysłu. Tak naprawdę nanotronika jest ewolucją tej koncepcji. W przypadku nanotroniki wykorzystuje się sztuczną inteligencję, obrazowanie w super rozdzielczości i robotykę, aby zmienić sposób budowania. Pomysł ten nie był specyficzny dla branży. W 2011 roku mieliśmy pierwszego klienta, produkującego półprzewodniki nowej generacji, które były trudne do skalowania ze względu na defekty w skali nano, które powodowały słabą wydajność i uniemożliwiały masowe przyjęcie pomimo ich niesamowitych właściwości, jakie zapewniają. To było wspaniałe miejsce na rozpoczęcie, ponieważ wiązało się z niesamowitą liczbą wyzwań. Dzięki temu mogliśmy przyjrzeć się nie tylko tej konkretnej branży, ale spojrzeć na produkcję w ogóle. Ta branża półprzewodników złożonych jest obecnie najszybciej rozwijającym się segmentem branży.

Nanotronics ma opatentowany sposób na przekroczenie Abbe Limit. Czy mógłbyś zacząć od wyjaśnienia, czym jest Limit Abbe i w jaki sposób firma Nanotronics jest w stanie pokonać to ograniczenie?

Granica Abbego to sformalizowanie prawa fizyki zwanego przez Ernsta Abbego granicą dyfrakcyjną. Jest to sposób na dobór optyki poprzez obliczenie apertury numerycznej, tak aby fala światła nie była większa niż obiekt, który chcesz sfotografować. Jest to coś, co możemy pokonać na słowo, ale jest to coś, co można obejść obliczeniowo. Mamy na to kilka różnych metod. Jednym z naprawdę skutecznych sposobów rozwiązania tego problemu jest to, że w ogóle nie zaczynaliśmy. Mieliśmy znacznie bardziej złożone sposoby kontroli ruchu i rekonstrukcji obrazów niż obecnie. Wiązało się to z poruszaniem światła i poruszaniem obiektów fizycznych, a także wykonaniem wielu zdjęć i wykorzystaniem obliczeń, aby zobaczyć, czego inaczej nie byłoby widać. Nadal w niektórych przypadkach to robimy, ale coraz częściej stosujemy kombinację modalności oświetleniowych ze sztuczną inteligencją. Zasadniczo klasyfikujemy to, czego oczekuje sztuczna inteligencja, i porównujemy to z tym, co widać, nawet jeśli długość fali światła jest większa niż obrazowany obiekt. Zawsze szukamy nowych sposobów, aby to osiągnąć, a wyzwaniem nie zawsze jest rozdzielczość, ale możliwość wykrycia czegoś mniejszego niż limit Abbego i możliwość zrobienia tego z szybkością przepustowości dotrzymującą kroku produkcji.

Czy mógłbyś omówić, w jaki sposób firma Nanotronics łączy uczenie maszynowe z nanotechnologią?

Odniosłem się do tego nieco w poprzednim pytaniu dotyczącym limitu Abbego. W nanotechnologii można założyć, że coś, co rozdzielamy, jest mniejsze niż długość fali światła, którego używamy. Jeśli więc jesteś w stanie zobaczyć coś mniejszego i możesz to zobaczyć dzięki uczeniu maszynowemu, możesz tym manipulować, możesz samodzielnie się na tym uczyć i móc z tego budować. Jest to pierwszy raz, kiedy było to możliwe dzięki nanotechnologii. Przeprowadziliśmy eksperyment, który, jak można sobie wyobrazić, stał się czymś cennym w nanotechnologii, a polegał na wykorzystaniu druku 3D z uczeniem przez wzmacnianie. Drukarką 3D kierowały agenty uczenia się przez wzmacnianie, które miały zoptymalizować pod kątem naprawiania anomalii, aby uzyskać ostateczną właściwość. Zrobili to w sposób, o jakim ludzie nigdy by nie pomyśleli. Chociaż nie jest to dokładnie nano, zastosowanie ma ten sam pomysł.

Czy możesz omówić, w jaki sposób nanotechnologia i człowiek mogą się wzajemnie wzmacniać?

To pierwszy raz, kiedy ludzie o dużej zręczności i umiejętności łączenia wielu różnych koncepcji w dowolnym momencie mogą pracować z niewiarygodnie szybkimi możliwościami sztucznej inteligencji. Można tego dokonać poprzez ciągłe aktualizowanie naszych celów, pod kątem których chcielibyśmy optymalizować sztuczną inteligencję. Jest to dla nas sposób na zapewnienie wskazówek podczas oglądania wyników tej sztucznej inteligencji. Nie zawsze wiemy, jaką strategię i taktykę przyjmie sztuczna inteligencja, ale wiemy, jaki wynik chcielibyśmy, aby osiągnęła. Jest to szczególnie ważne w nanotechnologii, gdzie wiele naszych instynktów nie jest zgodnych ze sposobem działania fizyki. Na szczęście sztuczna inteligencja nie ma problemu z tymi instynktami i zamiast tego może reagować na daną sytuację i uczyć się w sposób, do którego po prostu nie jesteśmy zdolni. Zasadniczo uczymy sztucznej inteligencji, dając jej wiele szans na samodzielną naukę bez naszych uprzedzeń, a w zamian uczy nas, co jest możliwe.

Firma Nanotronics nawiązała współpracę z wieloma firmami zajmującymi się sekwencjonowaniem genomu, aby pomóc w obniżeniu kosztów sekwencjonowania genomu. Czy mógłbyś omówić niektóre z tych partnerstw?

Chociaż nie mogę omówić szczegółów tego, co robimy dla naszych klientów w zakresie sekwencjonowania genomu, mogę powiedzieć, że naszym celem i w przypadku, gdy odnieśliśmy pewien sukces, jest wykorzystanie unikalnych sposobów oświetlenia i sztucznej inteligencji w celu poprawy wydajności. Lepsze plony można w dużym stopniu powiązać z ceną sekwencji. Jeśli to zrobisz, ostatecznie doprowadzi to do szybszego opracowania szczepionek i innych środków terapeutycznych, a także do niezwykle niedrogiego sekwencjonowania genomu, które może doprowadzić do genomu wartego 100 dolarów. Moim osobistym celem, podobnie jak wielu innych osób, jest jak najszybsze urzeczywistnienie medycyny spersonalizowanej.

W jaki sposób nanotechnologia może zwiększyć wydajność przy jednoczesnym ograniczeniu ilości odpadów?

Nanotechnologię trzeba kojarzyć z redukcją ilości odpadów, w przeciwnym razie moim zdaniem nie jest ona do końca nanotechnologią. Powiemy, że nanotechnologia i produkcja z precyzją atomową to synonimy, dlatego surowiec do tego, co produkujesz, nie powinien w ogóle zawierać odpadów. Uważamy, że jest to możliwe, jeśli pomyśli się o tym, co udało się osiągnąć dzięki zastosowaniu uczenia się przez wzmacnianie w innych technikach produkcyjnych, które stosujemy.

 Czy jest coś jeszcze, czym chciałbyś się podzielić na temat Nanotronics?

Robimy coś, co nazywamy inteligentne sterowanie fabryczne (IFC). Widzimy, że droga inteligentnych fabryk prowadzi od poprawy wydajności tradycyjnych fabryk do fabryk o atomowej precyzji.

Dziękuję za wspaniały wywiad. Czytelnicy chcący dowiedzieć się więcej powinni odwiedzić nas Nanotronika.