Dr. Matthew Putman, VD och medgrundare av Nanotronics – Intervjuserie

Dr. Matthew Putman är VD och medgrundare av Nanotronics, ett vetenskapligt teknologiföretag som har omdefinierat fabrikskontroll genom att uppfinna en plattform som kombinerar AI, automation och avancerad avbildning för att assistera mänsklig skaparkraft i att upptäcka fel och avvikelser i tillverkning, en industri som har stagnerat sedan 1950-talet. Innan Nanotronics var Matthew ägare och vice VD för Tech Pro, Inc., som förvärvades av Roper Industries 2008. Under sin tid på Tech Pro ledde han två förvärv och omvandlingen av instrumenttillverkaren till nya globala marknader, och bildade partnerskap eller dotterbolag i 15 länder.

Kan du beskriva vad nanoteknologi är?

Nanoteknologi har tagit på sig två olika betydelser under de 35 år som termen har funnits. Den vanligaste betydelsen 2020 är att nanoteknologi är användningen av vilken teknik som helst som har en funktionell storlek på mindre än 100 nanometer. Vi ser nanoteknik som passar denna definition i vattenavstötande beläggningar, solkräm och vattenrening. Detta presenterar möjligheter men är inte det mest spännande. För mig är nanoteknologi förmågan att tillverka saker som är atomiskt precisa. När du har något som är atomiskt precist har du förmågan att navigera genom rymden utan begränsningarna i den makroskopiska världen. Du har fysiska och elektriska egenskaper som inte bara är överlägsna, utan också kontrollerbara. Detta är där nanoteknologi har möjligheten att öppna upp områden för innovation som inte är möjliga på andra sätt. Detta beskrevs först av Eric Drexler på 1980-talet, och nu när artificiell intelligens kan interagera med materialvetenskap, biologi, kemi och fysik, är saker mer möjliga än de någonsin varit tidigare.

Vilka industrier är mest mogna för att störas av nanoteknologi?

Elektronikindustrin verkar leda vägen för allt annat. Den potentiella änden av Moore’s lag med hjälp av traditionell halvledartillverkning är faktiskt en möjlighet för nanoteknologi. Jag tror att vi kommer att börja se saker som 3D-arkitektur av substrat, vi kommer att se nya material som vi inte kunde använda tidigare för att ge mer energoeffektivitet. Och vi kommer att kunna se design som byggs för mycket mindre pengar än det tar att bygga halvledare idag. När du gör detta kommer vi att se att resten av industrin kan dra nytta av egenskaperna att manipulera föremål på den här skalan, vare sig det är biologi eller kemi, exemplet och prototypen som vi kommer att se i halvledare kommer att tillämpas.

Kan du dela historien bakom Nanotronics?

Vi började Nanotronics 2010, när jag arbetade på Columbia University. Nanotronics är verkligen ett resultat, inte så mycket av att vilja ha ett företag, utan att säkerställa att de mest spännande uppfinningarna kunde skalas. Ett universitetslaboratorium är en plats med stor uppfinningspotential, men det betyder inte mycket om uppfinningen stannar kvar i laboratoriet. Detta är i min DNA som någon som har tillbringat mer tid på fabriksgolvet än i akademiska laboratorier. Jag startade Nanotronics med min far, som var grundare av ett annat företag där vi arbetade tillsammans. Det företaget (Tech Pro) förvärvades 2008. Målet med det företaget var att använda den senaste dator- och instrumenttekniken för att revolutionera äldre industrier. Verkligen, Nanotronics är utvecklingen av den koncepten. I fallet med Nanotronics handlar det om att använda artificiell intelligens, superupplösning och robotik för att förändra hur saker byggs. Den idén var inte specifik för en viss industri. Vi hade vår första kund 2011, inom nästa generations halvledare som var svåra att skala på grund av nanoskala defekter som orsakade dåliga utbyten och förhindrade massadoption, trots de otroliga egenskaper som de erbjuder. Detta var en underbar plats att börja, eftersom det presenterade en otrolig mängd utmaningar. Det gjorde att vi kunde titta inte bara på den specifika industrin, utan också ha en lins för tillverkning i allmänhet. Den industrin, sammansatta halvledare, är nu den snabbast växande delen av industrin.

Nanotronics har ett patenterat sätt att överträffa Abbe-gränsen. Kan du börja med att förklara vad Abbe-gränsen är och hur Nanotronics kan övervinna den begränsningen?

Abbe-gränsen är formaliseringen av en fysisk lag kallad diffraktionsgränsen av Ernst Abbe. Detta är ett sätt att välja optik genom att beräkna numerisk apertur så att ljusvågen inte är större än det föremål du vill avbilda. Detta är något som vi kan övervinna, men det är något som vi kan komma runt beräkningsmässigt. Vi har flera olika metoder för att göra detta. En av de mest effektiva metoderna för att kunna hantera detta var inte något vi började med från början. Vi hade mycket mer komplexa metoder för rörelsekontroll och rekonstruktion av bilder än vi gör nu. Detta involverade att flytta ljus och fysiska föremål och ta flera bilder och använda beräkningar för att se vad som inte kunde ses annars. Vi gör fortfarande detta i vissa fall, men oftare använder vi en kombination av ljusmodi med artificiell intelligens. I princip klassificerar vi vad en AI förväntar sig ska ses och jämför det med vad som ses, även om ljusvågens storlek är större än det föremål som avbildas. Vi letar alltid efter nya sätt att göra detta och utmaningen är inte alltid upplösning, utan att kunna upptäcka något som är mindre än Abbe-gränsen, och att kunna göra det i tillverkningshastigheter som håller jämna steg med tillverkning.

Kan du diskutera hur Nanotronics kombinerar maskinlärning med nanoteknologi?

Jag berörde detta lite i den föregående frågan om Abbe-gränsen. I nanoteknologi kan man anta att något som man löser är mindre än ljusvågens storlek som man använder. Så, om man kan se något som är mindre och kan se det på grund av maskinlärning, då kan man också manipulera det och lära sig av det själv och bygga med det. Detta är första gången detta var möjligt med nanoteknologi. Vi gjorde ett experiment som man kan föreställa sig bli något värdefullt i nanoteknologi, som var att använda 3D-skrivning med förstärkt inlärning. 3D-skrivaren styrdes av förstärkt inlärningsagenter som skulle optimera för att fixa avvikelser för att få en slutgiltig egenskap. De gjorde detta på sätt som människor aldrig tänkt på att göra det. Medan det inte är exakt nano, skulle samma idé tillämpas.

Kan du diskutera hur nanoteknologi och människor kan komplettera varandra?

Detta är första gången när människor med stor skicklighet och förmåga att överbrygga många olika koncept vid varje given tidpunkt kan arbeta med den otroligt snabba förmågan hos en artificiell intelligens. Detta kan göras genom att kontinuerligt uppdatera våra mål som vi vill att AI ska optimera för. Det är ett sätt för oss att ge vägledning medan vi ser resultatet av den AI. Vi vet inte alltid vilken strategi och taktik AI kommer att ta, men vi vet vilket resultat vi vill att den ska uppnå. Detta är särskilt viktigt i nanoteknologi där många av våra instinkter inte är i linje med hur fysiken fungerar. Lyckligtvis har en AI inte problemet med dessa instinkter och kan istället reagera på situationen och lära sig på sätt som vi inte är kapabla till. I själva verket lär vi en AI genom att ge den många chanser att lära sig på egen hand utan våra fördomar och i gengäld lär den oss vad som är möjligt.

Nanotronics har samarbetat med ett antal gensekvenseringsföretag för att hjälpa till att minska kostnaderna för gensekvensering. Kan du diskutera några av dessa samarbeten?

Medan jag inte kan diskutera detaljerna i vad vi gör för våra kunder inom gensekvensering, kan jag säga att vårt mål och där vi har sett någon framgång är att använda unika ljusmodi och AI för att förbättra utbyten. Bättre utbyten kan kopplas till priset på en sekvens. Om du gör detta, leder det till snabbare utveckling av vacciner och andra terapier och också till extremt billigt gensekvensering som kan leda till en $100-genom. Mitt personliga mål, som det är för många andra, är att se personlig medicin bli verklighet så snart som möjligt.

Vilka är några sätt som nanoteknologi kan öka utbyten medan den minskar avfall?

Nanoteknologi måste associeras med minskning av avfall, eller så är det inte riktigt nanoteknologi enligt min mening. Vi säger att nanoteknologi och atomiskt precist tillverkning är synonyma, därför bör råmaterialet för vad du tillverkar inte innehålla något avfall alls. Vi tror att detta är möjligt om man tänker på vad som har uppnåtts genom att använda förstärkt inlärning för andra tillverkningsmetoder som vi gör.

Finns det något annat du vill dela om Nanotronics?

Vi gör något som vi kallar intelligent fabrikskontroll (IFC). Vi ser vägen för intelligenta fabriker som går från förbättring av utbyten i traditionella fabriker till att leda mot atomiskt precisa fabriker.

Tack för den underbara intervjun, läsare som vill lära sig mer kan besöka Nanotronics.