Processen zoals het vervaardigen van vliegtuigonderdelen, het analyseren van gegevens uit de aantekeningen van artsen en het identificeren van nationale veiligheidsdreigingen lijkt misschien niets met elkaar te maken te hebben, maar in het Oak Ridge National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie, kunstmatige intelligentie verbetert al deze taken. Om veelbelovende AI-toepassingen in diverse onderzoeksgebieden te versnellen, ORNL heeft een laboratoriumbreed AI-initiatief opgezet, en het succes ervan zal helpen om het economische concurrentievermogen van de VS en de nationale veiligheid te verzekeren.

Onder leiding van ORNL AI-programmadirecteur David Womble, deze interne investering brengt de AI-expertise van het lab, computerbronnen en gebruikersfaciliteiten samen om analyses van enorme datasets te vergemakkelijken die anders onhandelbaar zouden zijn. Multidisciplinaire onderzoeksteams bevorderen AI en high-performance computing om steeds complexere problemen aan te pakken, inclusief het ontwerpen van nieuwe materialen, het diagnosticeren en behandelen van ziekten en het verbeteren van de cyberbeveiliging van de Amerikaanse infrastructuur.

"AI heeft het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in wetenschap en techniek, en het is opwindend om hier deel van uit te maken, " zei Womble. "Met zijn wetenschappers en faciliteiten van wereldklasse, ORNL zal een belangrijke bijdrage leveren."

Over het laboratorium, experts in datawetenschap passen AI-tools toe die bekend staan ​​als machine learning-algoritmen (waarmee computers kunnen leren van gegevens en resultaten voorspellen) en deep learning-algoritmen (die neurale netwerken gebruiken die zijn geïnspireerd door het menselijk brein om patronen in datasets te ontdekken) om doorbraken te versnellen over het hele wetenschappelijke spectrum. Als onderdeel van het initiatief, ORNL-onderzoekers ontwikkelen nieuwe technologieën om deze mogelijkheden aan te vullen en uit te breiden, AI te vestigen als een kracht voor het verbeteren van zowel fundamentele als toegepaste wetenschappelijke toepassingen.

De thuisbasis van 's werelds krachtigste en slimste supercomputer, Bijeenkomst, ORNL is bijzonder geschikt voor AI-onderzoek. Het IBM-systeem debuteerde in juni 2018 en bevindt zich in de Oak Ridge Leadership Computing Facility, een DOE Office of Science User Facility bij ORNL. Met hardware die is geoptimaliseerd voor AI-toepassingen, Summit biedt een ideaal platform om machine learning en deep learning toe te passen op grensverleggend onderzoek. Dankzij de grotere geheugenbandbreedte van het systeem kunnen AI-algoritmen met hogere snelheden werken en nauwkeurigere resultaten verkrijgen.

Andere AI-compatibele machines zijn de NVIDIA DGX-2-systemen in ORNL's Compute and Data Environment for Science. Met deze apparaten kunnen onderzoekers data-intensieve problemen aanpakken met behulp van unieke AI-strategieën en kleinere simulaties uitvoeren ter voorbereiding op later werk aan Summit.

"AI verandert snel de manier waarop computationele wetenschappers onderzoek doen, en ORNL's geschiedenis van leiderschap op het gebied van informatica en data maakt het de perfecte setting om de stand van de techniek te bevorderen, ", zegt Associate Laboratory Director for Computing and Computational Sciences Jeff Nichols. "Terwijl Summit's snelle training van AI-netwerken onderzoekers over het hele wetenschappelijke spectrum al helpt bij het realiseren van het potentieel van AI, we zijn begonnen met de voorbereiding op de wereld na de top via Frontier, een AI-systeem van de tweede generatie dat nieuwe mogelijkheden zal bieden voor machine learning, deep learning en data-analyse."

Hoewel ORNL-onderzoekers de unieke combinatie van AI-expertise en krachtige computerbronnen van het lab toepassen om een ​​reeks wetenschappelijke uitdagingen aan te gaan, drie gebieden in het bijzonder zijn klaar om belangrijke vroege resultaten te leveren:additieve fabricage, gezondheidszorg en cyberfysieke veiligheid.

Additieve productie, of 3D-printen, stelt onderzoekers van de Manufacturing Demonstration Facility in staat, een DOE Office of Energy Efficiency and Renewable Energy User Facility in ORNL, betrouwbaar te ontwikkelen, energiezuinige kunststof en metalen onderdelen tegen lage kosten. AI gebruiken, ze kunnen consequent hoogwaardige, gespecialiseerde lucht- en ruimtevaartcomponenten. AI kan scheuren en andere defecten onmiddellijk lokaliseren voordat ze problemen worden, waardoor de kosten en de time-to-market worden verminderd.

Aanvullend, AI maakt het voor de machines mogelijk om fouten in realtime te detecteren en te repareren tijdens het proces van binder jetting, waarin een vloeibaar bindmiddel lagen poederdeeltjes aan elkaar smelt.

Onderzoekers van ORNL optimaliseren ook AI-technieken om patiëntgegevens uit medische tests te analyseren, doktersaantekeningen en andere medische dossiers. Deze technieken gebruiken taalverwerking om patronen te identificeren tussen aantekeningen van verschillende artsen, het extraheren van voorheen ontoegankelijke inzichten uit bergen gegevens. In combinatie met resultaten van röntgenfoto's en andere relevante tests, deze resultaten zouden het vermogen van zorgverleners kunnen verbeteren om problemen te diagnosticeren en te behandelen, variërend van posttraumatische stressstoornis tot kanker.

Bijvoorbeeld, ORNL directeur Gina Tourassi Health Data Sciences Institute gebruikt AI om automatisch data te verzamelen en te analyseren en te bepalen welke factoren verantwoordelijk zijn voor het ontstaan ​​van bepaalde ziekten. Haar team gebruikt algoritmen voor machine learning op Summit om miljoenen medische documenten te scannen op zoek naar dit soort inzichten.

Cyberbeveiligingsplatforms zoals "Situ" bewaken duizenden gebeurtenissen per seconde om afwijkingen te detecteren die menselijke analisten niet zouden kunnen vinden. Situ sorteert door enorme hoeveelheden onbewerkte netwerkgegevens, netbeheerders vrijmaken om zich te concentreren op kleine, beheersbare hoeveelheden activiteit om potentiële bedreigingen te onderzoeken en beter geïnformeerde beslissingen te nemen.

En door partnerschappen met energiebedrijven, ORNL heeft AI ook gebruikt om de beveiliging van elektriciteitsnetten te verbeteren door datastromen te monitoren en verdachte activiteiten te identificeren.

Daten, ORNL-onderzoekers hebben twee R&D 100 Awards en 10 patenten verdiend voor werk gerelateerd aan AI-onderzoek en de ontwikkeling van algoritmen. Het lab is van plan om extra AI-experts aan te werven om op deze basis voort te bouwen.

Om ervoor te zorgen dat Amerikaanse onderzoekers het leiderschap behouden op het gebied van R&D-innovatie en de wetenschap met AI blijven revolutioneren, ORNL biedt ook professionele ontwikkelingsmogelijkheden, waaronder het Artificial Intelligence Summer Institute, die studenten koppelt aan ORNL-onderzoekers om wetenschappelijke problemen op te lossen met behulp van AI, en de Data Learning Users Group, waarmee OLCF-gebruikers en ORNL-medewerkers kunnen oefenen met deep learning-technieken.

ORNL werkt ook samen met de Universiteit van Tennessee, Knoxville, ter ondersteuning van het Bredesen Centre Ph.D. programma in data science en engineering, een curriculum dat datawetenschap combineert met wetenschappelijke specialiteiten, variërend van materiaalkunde tot nationale veiligheid.