Procesos como la fabricación de piezas de aviones, El análisis de datos de las notas de los médicos y la identificación de amenazas a la seguridad nacional pueden parecer no tener relación. pero en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía de EE. UU., la inteligencia artificial está mejorando todas estas tareas. Para acelerar las aplicaciones de IA prometedoras en diversos campos de investigación, ORNL ha establecido una iniciativa de IA en todo el laboratorio, y su éxito ayudará a garantizar la competitividad económica y la seguridad nacional de Estados Unidos.

Dirigido por el director del programa de IA de ORNL, David Womble, esta inversión interna aporta la experiencia en IA del laboratorio, recursos informáticos e instalaciones de usuario juntos para facilitar el análisis de conjuntos de datos masivos que de otro modo serían inmanejables. Los equipos de investigación multidisciplinarios están avanzando en la inteligencia artificial y la informática de alto rendimiento para abordar problemas cada vez más complejos. incluido el diseño de materiales novedosos, diagnosticar y tratar enfermedades y mejorar la ciberseguridad de la infraestructura de EE. UU.

"La IA tiene el potencial de revolucionar la ciencia y la ingeniería, y es emocionante ser parte de esto, ", Dijo Womble." Con sus científicos e instalaciones de clase mundial, ORNL hará contribuciones significativas ".

Al otro lado del laboratorio Los expertos en ciencia de datos están aplicando herramientas de inteligencia artificial conocidas como algoritmos de aprendizaje automático (que permiten a las computadoras aprender de los datos y predecir resultados) y algoritmos de aprendizaje profundo (que utilizan redes neuronales inspiradas en el cerebro humano para descubrir patrones de interés en conjuntos de datos) para acelerar los avances. en todo el espectro científico. Como parte de la iniciativa, Los investigadores de ORNL están desarrollando nuevas tecnologías para complementar y ampliar estas capacidades, establecer la IA como una fuerza para mejorar las aplicaciones científicas tanto fundamentales como aplicadas.

Hogar del superordenador más potente e inteligente del mundo, Cumbre, ORNL es particularmente adecuado para la investigación de IA. El sistema IBM debutó en junio de 2018 y reside en Oak Ridge Leadership Computing Facility, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE ubicada en ORNL. Con hardware optimizado para aplicaciones de IA, Summit proporciona una plataforma ideal para aplicar el aprendizaje automático y el aprendizaje profundo a investigaciones innovadoras. El mayor ancho de banda de memoria del sistema permite que los algoritmos de IA se ejecuten a velocidades más rápidas y obtengan resultados más precisos.

Otras máquinas habilitadas para IA incluyen los sistemas NVIDIA DGX-2 ubicados en el entorno informático y de datos para la ciencia de ORNL. Estos dispositivos permiten a los investigadores abordar problemas de uso intensivo de datos utilizando estrategias de inteligencia artificial únicas y ejecutar simulaciones a menor escala en preparación para trabajos posteriores en Summit.

"La IA está cambiando rápidamente la forma en que los científicos computacionales investigan, y la historia de liderazgo de ORNL en informática y datos lo convierte en el escenario perfecto para avanzar en el estado del arte, ", dijo Jeff Nichols, director asociado de laboratorio de informática y ciencias computacionales." Si bien el rápido entrenamiento de las redes de IA de Summit ya está ayudando a los investigadores de todo el espectro científico a darse cuenta del potencial de la IA, hemos comenzado a prepararnos para el mundo posterior a la Cumbre a través de Frontier, un sistema de inteligencia artificial de segunda generación que proporcionará nuevas capacidades para el aprendizaje automático, aprendizaje profundo y análisis de datos ".

Aunque los investigadores de ORNL están aplicando la combinación única del laboratorio de experiencia en inteligencia artificial y poderosos recursos informáticos para abordar una variedad de desafíos científicos, Tres áreas en particular están preparadas para ofrecer importantes resultados iniciales:fabricación aditiva, asistencia sanitaria y seguridad ciberfísica.

Fabricación aditiva, o impresión 3D, permite a los investigadores en la instalación de demostración de fabricación, una Oficina de Eficiencia Energética y Instalaciones para Usuarios de Energía Renovable del DOE ubicada en ORNL, para desarrollar confiable, piezas de plástico y metal energéticamente eficientes a bajo costo. Usando IA, pueden crear constantemente alta calidad, componentes aeroespaciales especializados. La IA puede localizar instantáneamente grietas y otros defectos antes de que se conviertan en problemas. reduciendo así los costes y el tiempo de comercialización.

Adicionalmente, La IA hace posible que las máquinas detecten y reparen errores en tiempo real durante el proceso de inyección de aglutinante. en el que un aglutinante líquido fusiona capas de partículas de polvo.

Los investigadores de ORNL también están optimizando las técnicas de inteligencia artificial para analizar los datos de los pacientes a partir de pruebas médicas, notas del médico y otros registros médicos. Estas técnicas utilizan el procesamiento del lenguaje para identificar patrones entre notas de diferentes médicos, extrayendo información previamente inaccesible de montañas de datos. Cuando se combina con los resultados de radiografías y otras pruebas relevantes, Estos resultados podrían mejorar la capacidad de los proveedores de atención médica para diagnosticar y tratar problemas que van desde el trastorno de estrés postraumático hasta el cáncer.

Por ejemplo, La directora del Instituto de Ciencias de Datos de Salud de ORNL, Gina Tourassi, usa IA para compilar y analizar datos automáticamente y determinar qué factores son responsables del desarrollo de ciertas enfermedades. Su equipo está ejecutando algoritmos de aprendizaje automático en Summit para escanear millones de documentos médicos en busca de este tipo de información.

Las plataformas de ciberseguridad como "Situ" monitorean miles de eventos por segundo para detectar anomalías que los analistas humanos no podrían encontrar. Situ clasifica cantidades masivas de datos de red sin procesar, liberando a los operadores de red para que se centren en los pequeños, cantidades manejables de actividad para investigar amenazas potenciales y tomar decisiones más informadas.

Y a través de asociaciones con compañías eléctricas, ORNL también ha utilizado la inteligencia artificial para mejorar la seguridad de las redes eléctricas al monitorear los flujos de datos e identificar la actividad sospechosa.

Hasta la fecha, Los investigadores de ORNL han obtenido dos premios R&D 100 y 10 patentes por trabajos relacionados con la investigación de IA y el desarrollo de algoritmos. El laboratorio planea reclutar expertos en inteligencia artificial adicionales para continuar construyendo sobre esta base.

Para garantizar que los investigadores de EE. UU. Mantengan el liderazgo en innovación en I + D y continúen revolucionando la ciencia con IA, ORNL también ofrece oportunidades de desarrollo profesional, incluido el Instituto de Verano de Inteligencia Artificial, que empareja a los estudiantes con los investigadores de ORNL para resolver problemas científicos utilizando IA, y el Grupo de usuarios de aprendizaje de datos, lo que permite a los usuarios de OLCF y al personal de ORNL practicar utilizando técnicas de aprendizaje profundo.

ORNL también colabora con la Universidad de Tennessee, Knoxville, para apoyar el Ph.D. del Centro Bredesen. programa en ciencia e ingeniería de datos, un plan de estudios que combina la ciencia de datos con especialidades científicas que van desde la ciencia de los materiales hasta la seguridad nacional.