Processos como fabricação de peças de aeronaves, analisar dados de notas médicas e identificar ameaças à segurança nacional pode parecer não relacionado, mas no Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia dos EUA, a inteligência artificial está aprimorando todas essas tarefas. Para acelerar aplicações promissoras de IA em diversos campos de pesquisa, ORNL estabeleceu uma iniciativa de IA para todo o laboratório, e seu sucesso ajudará a garantir a competitividade econômica dos EUA e a segurança nacional.

Liderado pelo Diretor do Programa ORNL AI David Womble, este investimento interno traz a experiência de IA do laboratório, recursos de computação e facilidades do usuário juntos para facilitar as análises de conjuntos de dados massivos que, de outra forma, seriam impossíveis de gerenciar. Equipes de pesquisa multidisciplinares estão aprimorando a IA e a computação de alto desempenho para resolver problemas cada vez mais complexos, incluindo o design de novos materiais, diagnosticar e tratar doenças e aumentar a segurança cibernética da infraestrutura dos EUA.

"A IA tem o potencial de revolucionar a ciência e a engenharia, e é emocionante fazer parte disso, "Womble disse." Com seus cientistas e instalações de classe mundial, ORNL fará contribuições significativas. "

Em todo o laboratório, especialistas em ciência de dados estão aplicando ferramentas de IA conhecidas como algoritmos de aprendizado de máquina (que permitem que os computadores aprendam com os dados e prevejam resultados) e algoritmos de aprendizado profundo (que usam redes neurais inspiradas no cérebro humano para descobrir padrões de interesse em conjuntos de dados) para acelerar descobertas em todo o espectro científico. Como parte da iniciativa, Os pesquisadores do ORNL estão desenvolvendo novas tecnologias para complementar e expandir essas capacidades, estabelecendo a IA como uma força para melhorar as aplicações das ciências fundamentais e aplicadas.

Lar do supercomputador mais poderoso e inteligente do mundo, Cume, ORNL é particularmente adequado para pesquisas em IA. O sistema IBM foi lançado em junho de 2018 e reside no Oak Ridge Leadership Computing Facility, um DOE Office of Science User Facility localizado em ORNL. Com hardware otimizado para aplicativos de IA, A Summit oferece uma plataforma ideal para aplicar o aprendizado de máquina e o aprendizado profundo em pesquisas inovadoras. O aumento da largura de banda da memória do sistema permite que os algoritmos de IA sejam executados em velocidades mais rápidas e obtenham resultados mais precisos.

Outras máquinas habilitadas para IA incluem os sistemas NVIDIA DGX-2 localizados no Compute and Data Environment for Science do ORNL. Esses dispositivos permitem que os pesquisadores lidem com problemas de uso intensivo de dados usando estratégias exclusivas de IA e executem simulações em menor escala em preparação para trabalhos posteriores no Summit.

"A IA está mudando rapidamente a forma como os cientistas da computação fazem pesquisas, e a história de liderança do ORNL em computação e dados torna-o o cenário perfeito para avançar no estado da arte, "disse o Diretor Associado do Laboratório de Computação e Ciências Computacionais, Jeff Nichols." Embora o rápido treinamento de redes de IA da Summit já esteja ajudando pesquisadores de todo o espectro científico a perceber o potencial da IA, começamos a nos preparar para o mundo pós-Cúpula via Frontier, um sistema de IA de segunda geração que fornecerá novos recursos para aprendizado de máquina, aprendizado profundo e análise de dados. "

Embora os pesquisadores do ORNL estejam aplicando a combinação única do laboratório de experiência em IA e poderosos recursos de computação para enfrentar uma série de desafios científicos, três áreas em particular estão prontas para entregar os principais resultados iniciais:manufatura aditiva, saúde e segurança física cibernética.

Fabricação aditiva, ou impressão 3-D, capacita pesquisadores nas Instalações de Demonstração de Fabricação, um Escritório do DOE de Eficiência Energética e Instalações do Usuário de Energia Renovável localizado em ORNL, para desenvolver confiável, peças de plástico e metal com baixo consumo de energia e baixo custo. Usando IA, eles podem criar consistentemente alta qualidade, componentes aeroespaciais especializados. A IA pode localizar instantaneamente rachaduras e outros defeitos antes que se tornem problemas, reduzindo assim os custos e o tempo de lançamento no mercado.

Adicionalmente, A IA possibilita que as máquinas detectem e reparem erros em tempo real durante o processo de jato de aglutinante, em que um agente de ligação líquido funde camadas de partículas de pó.

Os pesquisadores do ORNL também estão otimizando técnicas de IA para analisar dados de pacientes de exames médicos, anotações médicas e outros registros de saúde. Essas técnicas usam processamento de linguagem para identificar padrões entre anotações de diferentes médicos, extração de insights anteriormente inacessíveis de montanhas de dados. Quando combinado com resultados de raios-x e outros testes relevantes, esses resultados podem melhorar a capacidade dos profissionais de saúde de diagnosticar e tratar problemas que variam de transtorno de estresse pós-traumático a câncer.

Por exemplo, A diretora do ORNL Health Data Sciences Institute, Gina Tourassi, usa IA para compilar e analisar dados automaticamente e determinar quais fatores são responsáveis ​​pelo desenvolvimento de certas doenças. Sua equipe está executando algoritmos de aprendizado de máquina na Summit para digitalizar milhões de documentos médicos em busca desses tipos de insights.

Plataformas de segurança cibernética como "Situ" monitoram milhares de eventos por segundo para detectar anomalias que analistas humanos não seriam capazes de encontrar. Situ classifica grandes quantidades de dados brutos de rede, liberando os operadores de rede para se concentrarem em pequenas, quantidades gerenciáveis ​​de atividade para investigar ameaças potenciais e tomar decisões mais informadas.

E por meio de parcerias com empresas de energia, ORNL também usou AI para melhorar a segurança das redes de energia, monitorando fluxos de dados e identificando atividades suspeitas.

A data, Os pesquisadores do ORNL ganharam dois prêmios R&D 100 e 10 patentes por trabalhos relacionados à pesquisa de IA e desenvolvimento de algoritmos. O laboratório planeja recrutar outros especialistas em IA para continuar construindo nesta base.

Para garantir que os pesquisadores dos EUA mantenham a liderança na inovação em P&D e continuem revolucionando a ciência com IA, ORNL também oferece oportunidades de desenvolvimento profissional, incluindo o Artificial Intelligence Summer Institute, que junta alunos com pesquisadores ORNL para resolver problemas de ciências usando IA, e o Grupo de Usuários de Aprendizagem de Dados, que permite que os usuários do OLCF e a equipe do ORNL pratiquem o uso de técnicas de aprendizado profundo.

ORNL também colabora com a Universidade do Tennessee, Knoxville, para apoiar o Bredesen Center Ph.D. programa em ciência de dados e engenharia, um currículo que combina ciência de dados com especialidades científicas que variam de ciência de materiais a segurança nacional.