Processi come la produzione di parti di aeromobili, analizzare i dati dalle note dei medici e identificare le minacce alla sicurezza nazionale può sembrare non correlato, ma presso l'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, l'intelligenza artificiale sta migliorando tutti questi compiti. Per accelerare le promettenti applicazioni dell'IA in diversi campi di ricerca, L'ORNL ha istituito un'iniziativa di intelligenza artificiale a livello di laboratorio, e il suo successo contribuirà a garantire la competitività economica e la sicurezza nazionale degli Stati Uniti.

Guidato dal direttore del programma ORNL AI David Womble, questo investimento interno porta l'esperienza AI del laboratorio, risorse informatiche e strutture per gli utenti insieme per facilitare l'analisi di enormi set di dati che altrimenti sarebbero ingestibili. I team di ricerca multidisciplinari stanno facendo progredire l'intelligenza artificiale e il calcolo ad alte prestazioni per affrontare problemi sempre più complessi, compresa la progettazione di nuovi materiali, diagnosticare e curare le malattie e migliorare la sicurezza informatica delle infrastrutture statunitensi.

"L'intelligenza artificiale ha il potenziale per rivoluzionare la scienza e l'ingegneria, ed è emozionante far parte di questo, " ha detto Womble. "Con i suoi scienziati e strutture di livello mondiale, L'ORNL darà un contributo significativo".

Attraverso il laboratorio, gli esperti di data science stanno applicando strumenti di intelligenza artificiale noti come algoritmi di apprendimento automatico (che consentono ai computer di apprendere dai dati e prevedere i risultati) e algoritmi di deep learning (che utilizzano reti neurali ispirate al cervello umano per scoprire modelli di interesse nei set di dati) per accelerare le scoperte attraverso lo spettro scientifico. Nell'ambito dell'iniziativa, I ricercatori dell'ORNL stanno sviluppando nuove tecnologie per completare ed espandere queste capacità, stabilire l'intelligenza artificiale come una forza per migliorare le applicazioni della scienza sia fondamentale che applicata.

Sede del supercomputer più potente e intelligente del mondo, Vertice, ORNL è particolarmente adatto per la ricerca sull'intelligenza artificiale. Il sistema IBM ha debuttato nel giugno 2018 e risiede presso l'Oak Ridge Leadership Computing Facility, un DOE Office of Science User Facility situato presso l'ORNL. Con hardware ottimizzato per applicazioni AI, Summit offre una piattaforma ideale per applicare l'apprendimento automatico e il deep learning a ricerche innovative. La maggiore larghezza di banda della memoria del sistema consente agli algoritmi di intelligenza artificiale di funzionare a velocità più elevate e ottenere risultati più accurati.

Altre macchine abilitate per l'intelligenza artificiale includono i sistemi NVIDIA DGX-2 situati presso il Compute and Data Environment for Science di ORNL. Questi dispositivi consentono ai ricercatori di affrontare problemi ad alta intensità di dati utilizzando strategie AI uniche e di eseguire simulazioni su scala ridotta in preparazione per il lavoro successivo su Summit.

"L'intelligenza artificiale sta cambiando rapidamente il modo in cui gli scienziati computazionali fanno ricerca, e la storia di leadership di ORNL nel campo dell'informatica e dei dati lo rende l'ambiente perfetto in cui far progredire lo stato dell'arte, " ha affermato Jeff Nichols, direttore del laboratorio associato per l'informatica e le scienze computazionali. "Mentre la rapida formazione delle reti di intelligenza artificiale di Summit sta già aiutando i ricercatori di tutto lo spettro scientifico a realizzare il potenziale dell'intelligenza artificiale, abbiamo iniziato a prepararci per il mondo post-vertice via Frontier, un sistema di intelligenza artificiale di seconda generazione che fornirà nuove funzionalità per l'apprendimento automatico, deep learning e analisi dei dati."

Sebbene i ricercatori dell'ORNL stiano applicando la combinazione unica del laboratorio di competenze sull'intelligenza artificiale e potenti risorse informatiche per affrontare una serie di sfide scientifiche, tre aree in particolare sono pronte a fornire importanti risultati iniziali:produzione additiva, assistenza sanitaria e sicurezza cyber-fisica.

Produzione di additivi, o stampa 3D, consente ai ricercatori del Manufacturing Demonstration Facility, un DOE Office of Energy Efficiency and Renewable Energy User Facility situato presso l'ORNL, per sviluppare affidabile, parti in plastica e metallo ad alta efficienza energetica a basso costo. Usando l'intelligenza artificiale, possono creare costantemente alta qualità, componenti aerospaziali specializzati. L'intelligenza artificiale può individuare istantaneamente crepe e altri difetti prima che diventino problemi, riducendo così i costi e il time to market.

Inoltre, L'intelligenza artificiale consente alle macchine di rilevare e riparare gli errori in tempo reale durante il processo di getto del legante, in cui un legante liquido fonde insieme strati di particelle di polvere.

I ricercatori dell'ORNL stanno anche ottimizzando le tecniche di intelligenza artificiale per analizzare i dati dei pazienti da test medici, note mediche e altre cartelle cliniche. Queste tecniche utilizzano l'elaborazione del linguaggio per identificare modelli tra le note di diversi medici, estrarre informazioni prima inaccessibili da montagne di dati. Se combinato con i risultati delle radiografie e di altri test pertinenti, questi risultati potrebbero migliorare la capacità degli operatori sanitari di diagnosticare e trattare problemi che vanno dal disturbo da stress post-traumatico al cancro.

Per esempio, La direttrice dell'ORNL Health Data Sciences Institute Gina Tourassi utilizza l'intelligenza artificiale per compilare e analizzare automaticamente i dati e determinare quali fattori sono responsabili dello sviluppo di determinate malattie. Il suo team sta eseguendo algoritmi di apprendimento automatico su Summit per scansionare milioni di documenti medici alla ricerca di questo tipo di informazioni.

Le piattaforme di sicurezza informatica come "Situ" monitorano migliaia di eventi al secondo per rilevare anomalie che gli analisti umani non sarebbero in grado di trovare. Situ ordina enormi quantità di dati di rete grezzi, liberare gli operatori di rete per concentrarsi su piccoli, quantità gestibili di attività per indagare su potenziali minacce e prendere decisioni più informate.

E attraverso partnership con compagnie elettriche, L'ORNL ha anche utilizzato l'intelligenza artificiale per migliorare la sicurezza delle reti elettriche monitorando i flussi di dati e identificando attività sospette.

Ad oggi, I ricercatori dell'ORNL hanno ottenuto due premi R&D 100 e 10 brevetti per lavori relativi alla ricerca sull'intelligenza artificiale e allo sviluppo di algoritmi. Il laboratorio prevede di reclutare ulteriori esperti di intelligenza artificiale per continuare a costruire su questa base.

Per garantire che i ricercatori statunitensi mantengano la leadership nell'innovazione in ricerca e sviluppo e continuino a rivoluzionare la scienza con l'IA, ORNL offre anche opportunità di sviluppo professionale tra cui l'Artificial Intelligence Summer Institute, che abbina gli studenti ai ricercatori dell'ORNL per risolvere problemi scientifici utilizzando l'intelligenza artificiale, e il Data Learning Users Group, che consente agli utenti OLCF e al personale ORNL di esercitarsi utilizzando tecniche di deep learning.

ORNL collabora anche con l'Università del Tennessee, Knoxville, per supportare il Bredesen Center Ph.D. programma in scienza e ingegneria dei dati, un curriculum che combina la scienza dei dati con specialità scientifiche che vanno dalla scienza dei materiali alla sicurezza nazionale.