Dr. Matthew Putman, CEO i współzałożyciel Nanotronics – seria wywiadów

Dr. Matthew Putman jest CEO i współzałożycielem Nanotronics, firmy technologicznej, która zrewolucjonizowała kontrolę fabryczną poprzez wynalezienie platformy łączącej sztuczną inteligencję, automatyzację i zaawansowane techniki obrazowania w celu wspomagania ludzkiej pomysłowości w wykrywaniu wad i anomalii w procesie produkcji, branży, która od lat 50. nie rozwinęła się znacząco. Przed dołączeniem do Nanotronics, Matthew był właścicielem i wiceprezesem ds. rozwoju w firmie Tech Pro, Inc., która została przejęta przez Roper Industries w 2008 roku. Podczas swojego pobytu w Tech Pro, kierował dwoma przejęciami i przekształceniem producenta instrumentów w nowe rynki globalne, tworząc partnerstwa lub spółki zależne w 15 krajach.

Czy mógłbyś opisać, czym jest nanotechnologia?

Nanotechnologia miała dwa różne znaczenia w ciągu 35 lat od powstania tego terminu. Najczęstsze w 2020 roku jest to, że nanotechnologia to zastosowanie każdej technologii, która ma rozmiar cechy mniejszy niż 100 nanometrów. Widzimy nanotechnologie, które pasują do tego w powłokach hydrofobowych, kremach przeciwsłonecznych i oczyszczaniu wody. To stwarza możliwości, ale nie jest to najbardziej ekscytujące. Dla mnie nanotechnologia to zdolność do wytwarzania rzeczy o precyzyjnej strukturze atomowej. Gdy masz coś, co jest precyzyjne atomowo, masz możliwość poruszania się w przestrzeni bez ograniczeń świata makro. Masz właściwości fizyczne i elektryczne, które nie tylko są lepsze, ale także kontrolowane. To jest miejsce, w którym nanotechnologia ma możliwość otwarcia obszarów innowacji, które nie są możliwe w inny sposób. To było po raz pierwszy opisane przez Erica Drexlera w latach 80. i teraz, gdy sztuczna inteligencja może współpracować z nauką o materiałach, biologią, chemią i fizyką, rzeczy są bardziej możliwe niż kiedykolwiek wcześniej.

Które branże są najbardziej podatne na rewolucję nanotechnologiczną?

Branża elektroniczna wydaje się prowadzić we wszystkim. Potencjalny koniec prawa Moore’a przy użyciu tradycyjnych metod produkcji półprzewodników jest tak naprawdę okazją dla nanotechnologii. Myślę, że zaczniemy widzieć rzeczy takie jak architektura 3D podłoży, nowe materiały, których nie mogliśmy używać wcześniej, aby zapewnić większą efektywność energetyczną. I będziemy w stanie zobaczyć projekty budowane za znacznie mniejsze pieniądze niż to, co jest wymagane do budowy półprzewodników obecnie. Gdy to zrobimy, zobaczymy, że reszta branż może skorzystać z właściwości manipulowania obiektami na tej skali, czy to w biologii, czy w chemii, przykład i prototyp, który zobaczymy w półprzewodnikach, zostaną zastosowane.

Czy mógłbyś opowiedzieć o historii powstania Nanotronics?

Zaczęliśmy Nanotronics w 2010 roku, gdy pracowałem na Uniwersytecie Columbia. Nanotronics jest naprawdę wynikiem nie tyle chęci posiadania firmy, co pewności, że najbardziej ekscytujące wynalazki mogą być skalowane. Laboratorium uniwersyteckie to miejsce wielkiego potencjału wynalazczego, ale nie znaczy to wiele, jeśli wynalazek pozostaje w laboratorium. To jest we mnie jako kimś, kto spędził więcej czasu na halach fabrycznych niż w laboratoriach akademickich. Założyłem Nanotronics z moim ojcem, który był założycielem innej firmy, w której pracowaliśmy razem. Ta firma (Tech Pro) została przejęta w 2008 roku. Celem tej firmy było zastosowanie najnowszej technologii komputerowej i instrumentacji do rewolucjonizacji starszych branż. Naprawdę, Nanotronics jest ewolucją tego pojęcia. W przypadku Nanotronics chodzi o zastosowanie sztucznej inteligencji, obrazowania o wysokiej rozdzielczości i robotyki w celu zmiany sposobu, w jaki rzeczy są budowane. To pojęcie nie było specyficzne dla branży. Mieliśmy pierwszego klienta w 2011 roku, w dziedzinie półprzewodników następnej generacji, które były trudne do skalowania z powodu defektów na skalę nanometryczną, które powodowały słabe wyniki i uniemożliwiały masową adopcję, pomimo ich niesamowitych właściwości. To był wspaniały punkt startu, ponieważ przedstawiło nam wiele wyzwań. To sprawiło, że mogliśmy nie tylko spojrzeć na tę branżę, ale także na produkcję w ogóle. Ta branża, półprzewodniki złożone, są teraz najszybciej rozwijającym się segmentem branży.

Nanotronics ma opatentowany sposób na pokonanie granic Abbe. Czy mógłbyś wyjaśnić, co to jest granica Abbe i jak Nanotronics jest w stanie ją pokonać?

Granica Abbe to sformalizowanie prawa fizyki zwanego granicą dyfrakcji przez Ernsta Abbe. To jest sposób wyboru optyki poprzez obliczanie numerycznego otworu, tak aby fala światła nie była większa niż obiekt, który chcesz zobrazować. To jest coś, czego nie możemy pokonać, ale co możemy ominąć komputacyjnie. Mamy kilka różnych sposobów, aby to zrobić. Jednym z bardzo skutecznych sposobów jest zastosowanie połączenia modalności oświetlenia z sztuczną inteligencją. Podstawowo, klasyfikujemy to, co sztuczna inteligencja oczekuje, aby zobaczyć, i porównujemy to z tym, co jest widoczne, nawet jeśli długość fali światła jest większa niż obiekt, który jest zobrazowany. Zawsze szukamy nowych sposobów, aby to zrobić, a wyzwaniem nie zawsze jest rozdzielczość, ale możliwość wykrycia czegoś, co jest mniejsze niż granica Abbe, i zrobienia tego z prędkością, która utrzymuje tempo produkcji.

Czy mógłbyś omówić, jak Nanotronics łączy maszynowe uczenie się z nanotechnologią?

Odpowiedziałem na to częściowo w poprzednim pytaniu o granicę Abbe. W nanotechnologii można założyć, że coś, co rozwiązujesz, jest mniejsze niż długość fali światła, którego używasz. Więc, jeśli jesteś w stanie zobaczyć coś, co jest mniejsze i zobaczyć to dzięki maszynowemu uczeniu się, to jesteś w stanie manipulować tym i nauczyć się z tym, i zbudować z tym. To jest pierwszy raz, kiedy to było możliwe z nanotechnologią. Przeprowadziliśmy eksperyment, który można wyobrazić sobie jako coś cennego w nanotechnologii, który polegał na zastosowaniu drukowania 3D z wzmocnionym uczeniem się. Drukarka 3D była kierowana przez agenty wzmocnionego uczenia się, które miały zoptymalizować naprawę anomalii, aby uzyskać końcową właściwość. Zrobili to w sposób, który ludzie nie wymyślili. Chociaż to nie jest dokładnie nano, ten sam pomysł mógłby być zastosowany.

Czy mógłbyś omówić, jak nanotechnologia i ludzie mogą się wzajemnie uzupełniać?

To jest pierwszy raz, kiedy ludzie o wielkiej zręczności i możliwości łączenia wielu pojęć w dowolnym momencie mogą współpracować z niezwykle szybką możliwością sztucznej inteligencji. Można to zrobić, ciągle aktualizując nasze cele, które chcemy, aby sztuczna inteligencja zoptymalizowała. To jest sposób, abyśmy mogli zapewnić kierownictwo, obserwując wynik tej sztucznej inteligencji. Nie zawsze wiemy, jaka strategia i taktyka sztuczna inteligencja podejmie, ale wiemy, jaki wynik chcemy, aby osiągnęła. To jest szczególnie ważne w nanotechnologii, gdzie wiele z naszych instynktów nie jest zgodne z tym, jak fizyka działa. Na szczęście, sztuczna inteligencja nie ma problemu z tymi instynktami i może zareagować na sytuację i nauczyć się w sposób, w jaki my nie jesteśmy w stanie. Podstawowo, uczymy sztuczną inteligencję, dając jej wiele szans na samodzielne uczenie się bez naszych uprzedzeń, a w zamian uczy nas, co jest możliwe.

Nanotronics współpracował z kilkoma firmami sekwencjonowania genomu, aby pomóc w obniżeniu kosztów sekwencjonowania genomu. Czy mógłbyś omówić niektóre z tych współprac?

Chociaż nie mogę omówić szczegółów tego, co robimy dla naszych klientów w sekwencjonowaniu genomu, mogę powiedzieć, że naszym celem, i gdzie widzieliśmy jakiś sukces, jest zastosowanie unikalnych modalności oświetlenia i sztucznej inteligencji do poprawy wyników. Lepsze wyniki mogą być ściśle związane z ceną sekwencji. Jeśli to zrobimy, ostatecznie prowadzi to do szybszego rozwoju szczepionek i innych terapii, a także do niezwykle taniego sekwencjonowania genomu, które mogłoby prowadzić do genomu za 100 dolarów. Mój osobisty cel, jak i wielu innych, jest zobaczyć, jak medycyna personalizowana staje się rzeczywistością jak najszybciej.

Jakie są niektóre sposoby, w jakie nanotechnologia może zwiększyć wydajność, redukując jednocześnie odpad?

Nanotechnologia musi być związana z redukcją odpadów, czy to nie jest prawdziwa nanotechnologia. Powiemy, że nanotechnologia i precyzyjna produkcja atomowa są synonimami, więc surowce, z których wytwarzamy, nie powinny zawierać żadnych odpadów. Uważamy, że jest to możliwe, jeśli pomyślimy o tym, co zostało osiągnięte przez zastosowanie wzmocnionego uczenia się do innych technik produkcyjnych, których używamy.

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

Robimy coś, co nazywamy inteligentną kontrolą fabryczną (IFC). Widzimy drogę inteligentnych fabryk od poprawy wyników tradycyjnych fabryk do prowadzenia w kierunku fabryk o precyzyjnej strukturze atomowej.

Dziękujemy za wspaniały wywiad, czytelnicy, którzy chcą dowiedzieć się więcej, powinni odwiedzić Nanotronics.