Ekstreme kosmiske begivenheder, såsom at kollidere sorte huller eller eksplosionerne af stjerner, kan forårsage krusninger i rumtiden, såkaldte gravitationsbølger. Deres opdagelse åbnede et nyt vindue ind i universet. For at observere dem kræves ultra-præcise detektorer, men at designe dem forbliver en stor videnskabelig udfordring for mennesker.
Forskere ved Max Planck Institute for Science of Light (MPL) har arbejdet på, hvordan et kunstigt intelligenssystem kunne udforske et ufatteligt stort rum med mulige designs for at finde helt nye løsninger. Resultaterne blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgang x.
For mere end et århundrede siden forudsagde Einstein teoretisk gravitationsbølger. De kunne kun opdages direkte i 2016, fordi udviklingen af de nødvendige detektorer var ekstremt kompleks.
Dr. Mario Krenn, leder af forskningsgruppen Artificial Scientist Lab på MPL, i samarbejde med teamet af Ligo (“Laser Interferometer Gravitation Wave Observatory”), der byggede disse detektorer med succes, har designet en AI-baseret algoritme kaldet “Urania” til at designe nye interferometriske gravitationsbølgdetektorer.
Interferometri beskriver en målemetode, der bruger interferensen af bølger, dvs. deres superposition, når de mødes. Detektordesign kræver optimering af både layout og parametre. Forskerne har konverteret denne udfordring til et kontinuerligt optimeringsproblem og løst den ved hjælp af metoder inspireret af moderne maskinlæring.
De har fundet mange nye eksperimentelle designs, der overgår de bedst kendte næste generationsdetektorer. Disse resultater har potentialet til at forbedre rækkevidden af detekterbare signaler med mere end en størrelsesorden.
Ikke -konformist og kreativ: det var det, Urania opdagede
I algoritmens løsninger genopdagede forskerne adskillige kendte teknikker. Urania foreslog også uortodokse design, der kunne omforme vores forståelse af detektorteknologi. “Efter omtrent to år med at udvikle og køre vores AI -algoritmer opdagede vi snesevis af nye løsninger, der synes at være bedre end eksperimentelle tegninger af menneskelige forskere. Vi spurgte os selv, hvad mennesker overset i sammenligning med maskinen,” siger Krenn.
Forskerne udvidede deres videnskabelige tilgang til at forstå de AI-opdagede tricks, ideer og teknikker. Mange af dem er stadig helt fremmed for dem. De har samlet 50 toppresterende design i en offentlig “detektor zoo” og gjort dem tilgængelige for det videnskabelige samfund for yderligere forskning.
Det nyligt offentliggjorte arbejde viser, at AI kan afsløre nye detektordesign og inspirere menneskelige forskere til at udforske nye eksperimentelle og teoretiske ideer. Mere bredt antyder det, at AI kunne spille en vigtig rolle i at designe fremtidige værktøjer til at udforske universet, fra den mindste til de største skalaer.
“Vi er i en æra, hvor maskiner kan opdage nye overmenneskelige løsninger inden for videnskab, og menneskers opgave er at forstå, hvad maskinen har gjort. Dette vil helt sikkert blive en meget fremtrædende del af videnskabens fremtid,” siger Krenn.