Dr. Matthew Putman, generálny riaditeľ a spoluzakladateľ spoločnosti Nanotronics – Séria rozhovorov

Dr. Matthew Putman je generálnym riaditeľom a spoluzakladateľom spoločnosti Nanotronika, vedecko-technologická spoločnosť, ktorá nanovo definovala riadenie továrne prostredníctvom vynálezu platformy, ktorá kombinuje AI, automatizáciu a sofistikovanú predstavivosť, aby pomohla ľudskej vynaliezavosti pri odhaľovaní nedostatkov a anomálií vo výrobe, v odvetví, ktoré od 1950. rokov minulého storočia stagnuje. Pred Nanotronics bol Matthew vlastníkom a viceprezidentom pre vývoj spoločnosti Tech Pro, Inc., ktorú v roku 2008 získala spoločnosť Roper Industries. Počas svojho pôsobenia v spoločnosti Tech Pro viedol dve akvizície a transformáciu výrobcu prístrojov na novú globálnu s vytvorením partnerstiev alebo dcérskych spoločností v 15 krajinách.

Mohli by ste opísať, čo je nanotechnológie?

Nanotechnológia nadobudla dva rôzne významy počas približne 35 rokov, odkedy tento pojem existuje. Najbežnejšou v roku 2020 je, že nanotechnológia je použitie akejkoľvek technológie, ktorá má veľkosť prvku menšiu ako 100 nanometrov. Vidíme nanotechnológiu, ktorá sa k tomu hodí v náteroch odolných voči škvrnám, opaľovacích krémoch a čistení vody. To predstavuje príležitosti, ale nie je to najvzrušujúcejšie. Pre mňa je nanotechnológia schopnosť vyrábať veci, ktoré sú atómovo presné. Keď máte niečo, čo je atómovo presné, máte schopnosť pohybovať sa priestorom bez obmedzenia makrosveta. Máte fyzikálne a elektrické vlastnosti, ktoré sú nielen vynikajúce, ale sú aj ovládateľné. Práve tu má nanotechnológia možnosť otvoriť oblasti inovácií, ktoré nie sú možné iným spôsobom. Prvýkrát to načrtol Eric Drexler v 1980-tych rokoch a teraz, keď umelá inteligencia môže interagovať s vedou o materiáloch, biológiou, chémiou a fyzikou, veci sú možné viac ako kedykoľvek predtým.

Ktoré odvetvia sú najviac zrelé na prerušenie nanotechnológiou?

Elektronický priemysel je niečo, čo zrejme vedie k všetkému ostatnému. Potenciálny koniec Moorovho zákona pomocou tradičnej výroby polovodičov je v skutočnosti príležitosťou pre nanotechnológiu. Myslím, že začneme vidieť veci ako 3D architektúru substrátov, uvidíme nový materiál, ktorý sme predtým nemohli použiť na zabezpečenie vyššej energetickej účinnosti. A budeme môcť vidieť, ako sa návrhy vyrábajú za oveľa menej peňazí, ako je v súčasnosti potrebné na výrobu polovodičov. Keď to urobíte, uvidíme, že zvyšok môže ťažiť z vlastností na manipuláciu s objektmi v tomto rozsahu, či už ide o biológiu alebo chémiu, použije sa príklad a prototyp, ktorý uvidíme v polovodičoch.

Mohli by ste sa podeliť o príbeh vzniku Nanotronics?

Nanotronics sme začali v roku 2010, keď som pracoval na Kolumbijskej univerzite. Nanotronics je naozaj výsledkom, nie tak želania mať spoločnosť, ale chce sa uistiť, že tie najzaujímavejšie vynálezy sa dajú škálovať. Univerzitné laboratórium je miestom veľkého potenciálneho vynálezu, ale to neznamená, že vynález zostane v laboratóriu. Toto je v mojej DNA ako niekoho, kto strávil viac času v továrňach ako v akademických laboratóriách. Nanotronics som začal s mojím otcom, ktorý bol zakladateľom ďalšej spoločnosti, kde sme spolu pracovali. Táto spoločnosť bola získaná v roku 2008. Cieľom tejto spoločnosti (Tech Pro) bolo využiť najnovšie počítačové technológie a prístrojové vybavenie na revolúciu v starších odvetviach. Nanotronics je skutočne evolúciou tohto konceptu. V prípade Nanotronics využíva umelú inteligenciu, zobrazovanie s vysokým rozlíšením a robotiku, aby sa zmenil spôsob, akým sú veci postavené. Táto myšlienka nebola špecifická pre dané odvetvie. V roku 2011 sme mali nášho prvého zákazníka v oblasti polovodičov novej generácie, ktoré bolo ťažké škálovať v dôsledku defektov nanometrov, ktoré spôsobujú slabé výnosy, a zabránili masovému prijatiu napriek neuveriteľným vlastnostiam, ktoré poskytujú. Bolo to skvelé miesto, kde začať, pretože predstavovalo neuveriteľné množstvo výziev. Vďaka tomu sme sa mohli pozerať nielen na konkrétne odvetvie, ale aj na výrobu vo všeobecnosti. Toto odvetvie, zložené polovodiče, sú teraz najrýchlejšie rastúcim segmentom tohto odvetvia.

Nanotronics má patentovaný spôsob, ako prekonať Abbe Limit. Mohli by ste začať vysvetlením, čo je Abbeov limit a ako je Nanotronics schopná prekonať toto obmedzenie?

Abbeov limit je formalizáciou fyzikálneho zákona, ktorý Ernst Abbe nazýva difrakčný limit. Toto je spôsob, ako zvoliť optiku výpočtom numerickej apertúry tak, aby vlna svetla nebola väčšia ako objekt, ktorý chcete zobraziť. Toto je niečo, čo dokážeme prekonať jedným slovom, ale je to niečo, čo môžete výpočtovo obísť. Máme na to niekoľko rôznych metód. Jedným zo skutočne účinných spôsobov, ako to vyriešiť, je, že sme vôbec nezačali. Mali sme oveľa zložitejšie spôsoby ovládania pohybu a rekonštrukcie obrázkov ako teraz. To zahŕňalo pohyb svetla a pohyb fyzických vecí a snímanie viacerých obrázkov a používanie výpočtov, aby sme videli, čo by inak nebolo vidieť. V niektorých prípadoch to stále robíme, ale častejšie využívame kombináciu svetelných modalít s umelou inteligenciou. V podstate klasifikujeme to, čo AI očakáva, že by sa malo vidieť, a porovnávame to s tým, čo je vidieť, aj keď je vlnová dĺžka svetla väčšia ako zobrazovaný objekt. Stále hľadáme nové spôsoby, ako to dosiahnuť, a výzvou nie je vždy riešenie, ale schopnosť odhaliť niečo, čo je menšie ako Abbeov limit, a dokázať to pri rýchlostiach, ktoré držia krok s výrobou.

Mohli by ste diskutovať o tom, ako Nanotronics spája strojové učenie s nanotechnológiou?

Trochu som sa tomu venoval v predchádzajúcej otázke o Abbe limite. V nanotechnológii môžete predpokladať, že niečo, čo riešite, je menšie ako vlnová dĺžka svetla, ktoré používate. Takže, ak ste schopní vidieť niečo, čo je menšie, a byť schopní to vidieť vďaka strojovému učeniu, potom ste schopní s tým manipulovať a sami ste schopní sa z toho učiť a byť schopní s tým stavať. Toto je prvýkrát, čo to bolo možné pomocou nanotechnológie. Urobili sme experiment, ktorý si viete predstaviť, že sa stane niečím hodnotným v nanotechnológii, ktorý spočíval v použití 3D tlače s posilnením učenia. 3D tlačiareň bola vedená posilňovacími vzdelávacími agentmi, ktorí mali optimalizovať na opravu anomálií, aby získali konečnú vlastnosť. Urobili to spôsobmi, o ktorých si ľudia nikdy nepomysleli, že to urobia. Aj keď to nie je presne nano, platila by rovnaká myšlienka.

Môžete diskutovať o tom, ako sa nanotechnológie a ľudia môžu navzájom rozširovať?

Toto je prvýkrát, čo ľudia s veľkou obratnosťou a schopnosťou premostiť mnoho rôznych konceptov v každom okamihu môžu pracovať s neuveriteľne rýchlou schopnosťou umelej inteligencie. Dá sa to dosiahnuť neustálou aktualizáciou našich cieľov, pre ktoré by sme chceli, aby sa AI optimalizovala. Je to pre nás spôsob, ako poskytnúť poradenstvo pri sledovaní výsledku tejto AI. Nie vždy vieme, akú stratégiu a taktiku AI zvolí, ale poznáme výsledok, ktorý by sme chceli dosiahnuť. Toto je obzvlášť dôležité v nanotechnológii, kde mnohé z našich inštinktov nie sú v súlade s tým, ako funguje fyzika. Našťastie AI nemá problém s týmito inštinktmi a namiesto toho môže reagovať na situáciu a učiť sa spôsobmi, ktorých my jednoducho nie sme schopní. V podstate učíme AI tak, že jej dávame veľa šancí učiť sa sama bez našich predsudkov a na oplátku nás učí, čo je možné.

Spoločnosť Nanotronics sa spojila s mnohými spoločnosťami zaoberajúcimi sa sekvenovaním genómu, aby pomohla znížiť náklady na sekvenovanie genómu. Mohli by ste prediskutovať niektoré z týchto partnerstiev?

Aj keď nemôžem diskutovať o detailoch toho, čo robíme pre našich zákazníkov v oblasti sekvenovania genómu, môžem povedať, že naším cieľom a tam, kde sme zaznamenali určitý úspech, je použiť jedinečné svetelné modality a AI na zlepšenie výnosov. Lepšie výnosy môžu byť veľmi spojené s cenou sekvencie. Ak to urobíte, nakoniec to povedie k rýchlejšiemu vývoju vakcín a iných terapeutík a tiež k mimoriadne lacnému sekvenovaniu genómu, ktoré by mohlo viesť k genómu za 100 dolárov. Mojím osobným cieľom, ako aj pre mnohých iných, je, aby sa personalizovaná medicína čo najskôr stala realitou.

Akými spôsobmi môže nanotechnológia zvýšiť výnos a zároveň znížiť množstvo odpadu?

Nanotechnológia musí byť spojená so znižovaním množstva odpadu, inak to podľa mňa nie je skutočná nanotechnológia. Povieme, že nanotechnológia a atómovo presná výroba sú synonymá, preto by surovina toho, čo vyrábate, nemala obsahovať vôbec žiadny odpad. Myslíme si, že je to možné, ak si spomeniete na to, čo sa dosiahlo pomocou učenia sa posilňovania pre iné výrobné techniky, ktoré robíme.

 Je ešte niečo, o čo by ste sa chceli podeliť o Nanotronics?

Robíme niečo, čomu hovoríme inteligentné továrenské riadenie (IFC). Vidíme, že cesta inteligentných tovární vedie od zlepšovania výnosov v tradičných továrňach k atómovo presným továrňam.

Ďakujeme za skvelý rozhovor, čitatelia, ktorí sa chcú dozvedieť viac, by mali navštíviť Nanotronika.