KİMYASAL BİLEŞİMİ BELİRLEMEK İÇİN BİR FOTOĞRAF ÇEKMENİZ YETERLİ
Florida Eyalet Üniversitesi kimyagerleri , kurutulmuş tuz çözeltilerinin kimyasal bileşimini %99 doğrulukla bir görüntüden belirleyebilen bir makine öğrenme aracı geliştirdiler .
Binlerce numuneyi hazırlamak için robotik ve verilerini analiz etmek için yapay zeka kullanarak, kimyasal analiz gerçekleştirme olanaklarını genişletebilecek basit ve ucuz bir araç yarattılar. Çalışma Digital Discovery'de yayımlandı .
FSU Kimya ve Biyokimya Bölümü'nde profesör olan ortak yazar Oliver Steinbock, "Yapay zeka ve büyük veri çağında yaşıyoruz," diyor. "Farklı bileşiklerin ve lekelerin yeterli sayıda resminin bulunduğu yeterince büyük veri tabanları kullanırsak, belki de bileşimin ne olduğunu belirlemek için yapay zekayı kullanabileceğimizi düşündük."
Araştırma, uzay araştırmalarında, kolluk kuvvetlerinde, evde testlerde ve daha birçok alanda kullanılabilecek daha ucuz ve daha hızlı kimyasal analizlerin yapılmasını mümkün kılabilir.
Nasıl Çalışır?
Bu makale, araştırmacıların makine öğrenimini kullanarak fotoğraflardan tuz lekelerinin kimyasal bileşimini tanımladığı Steinbock'un laboratuvarından önceki bir çalışmaya dayanmaktadır. Bu çalışmada araştırmacılar, elle hazırladıkları yaklaşık 7.500 örneği analiz ettiler.
Bu makale, daha sonra geliştirilmiş bir makine öğrenme programı tarafından analiz edilen örnekleri işlemek için bir robot kullanarak bu çalışmayı genişletiyor. Örnekleri elle pipetlemek yerine araştırmacılar, günde 2.000'den fazla örnek hazırlama kapasitesine sahip Robotik Damla Görüntüleyici veya RODI adını verdikleri şeyi yarattılar. Bu, orijinal çalışmalarından üç kat daha büyük olan 23.000'den fazla görüntüden oluşan bir kütüphane oluşturmalarına olanak sağladı.
Araştırmacılar, örnekler hazırlayıp fotoğraflarını çektikten sonra her bir görüntüyü gri tonlamaya dönüştürerek sadeleştirdiler ve analizlerinde kullandıkları desen alanı, parlaklık ve diğer öznitelikler gibi 47 özelliği çıkardılar.
Ek görsellerle makine öğrenimi programlarının doğruluğu yaklaşık %90'dan neredeyse %99'a çıktı. Araştırmacılar ayrıca tuz çözeltisinin başlangıç konsantrasyonunu beş farklı seviyede analiz ettiler ve makine öğrenimi programlarını bunlar arasında ayrım yapacak şekilde eğittiler. Program, çözeltinin konsantrasyonunu ve tuzun kimliğini belirlemede %92 doğruluğa ulaştı.
Makalenin ortak yazarı ve doktora sonrası araştırmacı Amrutha SV, "Farklı analizlerde talep edilen doğruluk, duruma bağlı olarak değişecektir" dedi. "Deneyimlerime göre, bazı spektroskopi türlerinin ve diğer analiz yöntemlerinin pahalı olduğunu ve çalıştırmak için özel teknik uzmanlık gerektirdiğini biliyorum. Bu yüzden basit bir yöntem olasılığı konusunda heyecanlıyım - kimyasal bileşimi belirlemek için sadece bir fotoğraf çekmek. Bu inanılmaz derecede faydalı olurdu."
Neden Önemlidir?
Kimyasal analiz yöntemlerinin çoğu moleküler düzeye odaklanır ve atomları, molekülleri veya kristal yapıları inceler.
"İyi örnekleriniz, aletler için birkaç yüz bin dolarınız ve ağırlık kısıtlamanız yoksa bu harika bir şekilde işe yarıyor," dedi Steinbock. "Ancak bir uzay görevine çıkıp, örneğin Satürn'ün bir uydusuna bir şeyler göndermek istiyorsanız, her gram önemlidir. Bir kamerayla kimyasal analiz yapabiliyorsanız, bu oyunun kurallarını değiştirir."
Proje, kimyasal konsantrasyonları belirlemek için ucuz, düşük maliyetli, düşük ağırlıklı yöntemler arayan NASA için geliştirildi. Örnekleri Dünya'ya taşımak yerine, basit bir kimya laboratuvarı ve kamera ile donatılmış bir dünya dışı gezgin, malzemelerin kimyasal bileşimini yerinde analiz edebilirdi.
Uzay keşfinin yanı sıra, Steinbock'un laboratuvarında geliştirilen yöntem diğer uygulamalar için kimyasal analiz sağlamak amacıyla da kullanılabilir. Test, yalnızca birkaç miligramlık küçük numune miktarlarına dayanır ve bu da büyük numunelerin elde edilmesinin zor olduğu senaryolarda değerli olmasını sağlar. Kolluk kuvvetleri şüpheli ilaçlar üzerinde ön testler yapabilir, laboratuvarlar dökülen malzemeleri güvenlik açısından test edebilir ve tam bir kimyasal analiz laboratuvarına erişimi olmayan hastaneler bunu hastalar için teşhis koymada kullanabilir.
Steinbock, "Bu önemli çünkü kimyasal analizi demokratikleştirebilir" dedi.
Yapay Zeka: Araştırma İçin Yeni Bir Araç
Yapay zeka, araştırmada mümkün olanı dönüştürmeyi vaat ediyor. Florida Eyalet Üniversitesi'ndeki öğretim görevlileri, hızla gelişen bu aracın sınırlarını zorlayan yenilikçi projelerle ilgileniyor.
FSU'nun yapay zeka çalışmaları, öğretim üyelerine öğretim ve araştırma konusunda araçlar ve içgörüler sağlıyor.
Steinbock, "Bence bu tür bir destek alabileceğiniz bir yerde olmak çok faydalı ve bunun illa para olması gerekmiyor, sadece yeni şeyler denemeye değer olması gerekiyor," diyor. "Yapay zeka, bilimsel keşfe yaklaşımımızı değiştiriyor. Bir zamanlar pahalı ekipman ve özel uzmanlık gerektiren şeyler artık basit bir kamera ve doğru algoritma ile yapılabiliyor. Bu, sadece uzay görevleri için değil, tıp, adli tıp ve daha fazlası için de yeni olasılıklar yaratıyor."
