OptoGPT, a IA desenvolvida por engenheiros de Michigan para melhorar células solares, janelas inteligentes, telescópios e muito mais
OptoGPT, a IA desenvolvida por engenheiros de Michigan para melhorar células solares, janelas inteligentes, telescópios e muito mais
Ao aproveitar redes neurais transformadoras que alimentam modelos de linguagem em grande escala, os engenheiros agora podem derivar receitas para materiais com propriedades ópticas desejadas.
Desenvolvimento e aplicações.
O OptoGPT, desenvolvido por engenheiros da Universidade de Michigan, usa a arquitetura computacional subjacente ao ChatGPT para trabalhar retroativamente, desde as propriedades ópticas desejadas até a estrutura do material que pode fornecê-las.
Este novo algoritmo projeta estruturas de filme óptico multicamadas – camadas finas empilhadas de diferentes materiais – que podem servir a uma variedade de propósitos. Estruturas multicamadas bem projetadas podem maximizar a absorção de luz em uma célula solar ou otimizar a reflexão em um telescópio. Eles também podem melhorar a fabricação de semicondutores com luz ultravioleta extrema e fazer com que os edifícios regulem melhor o calor com janelas inteligentes que se tornam mais transparentes ou refletivas dependendo da temperatura.
Vantagens do OptoGPT
OptoGPT produz designs para estruturas de filmes multicamadas em 0,1 segundos, quase instantaneamente. Além disso, os designs do OptoGPT contêm, em média, seis camadas a menos em comparação com os modelos anteriores, tornando seus designs mais fáceis de fabricar.
Especificações:
- Tempo de design: 0,1 segundos
- Redução de camadas: 6 camadas a menos em média
- Aplicações: Células solares, telescópios, fabricação de semicondutores com luz UV extrema, janelas inteligentes para regulação térmica
O projeto destas estruturas geralmente requer amplo treinamento e experiência, pois identificar a melhor combinação de materiais e a espessura de cada camada não é uma tarefa fácil.
L. Jay Guo, professor de engenharia elétrica e de computação, Universidade de Michigan
Automação de processos de design
Para automatizar o processo de projeto de estruturas ópticas, a equipe de pesquisa adaptou uma arquitetura de transformador, a estrutura de aprendizado de máquina usada em grandes modelos de linguagem como ChatGPT da OpenAI e Bard do Google, para seus próprios propósitos.
Como funciona o OptoGPT
O modelo trata materiais com uma determinada espessura como palavras, codificando também suas propriedades ópticas associadas como entradas. Ao procurar correlações entre essas “palavras”, o modelo prevê a próxima palavra para criar uma “frase” – neste caso, um design para uma estrutura de filme óptico multicamadas – que atinge a propriedade desejada, como alta reflexão.
Os pesquisadores testaram o desempenho do novo modelo usando um conjunto de dados de validação contendo 1.000 estruturas de design conhecidas, incluindo a composição do material, espessura e propriedades ópticas. Ao comparar os designs do OptoGPT com o conjunto de validação, a diferença entre os dois foi de apenas 2,58%, menor do que as propriedades ópticas mais próximas no conjunto de dados de treinamento de 2,96%.
Otimização
Se os pesquisadores se concentrarem em uma tarefa, como projetar um revestimento de alta eficiência para resfriamento radiante, eles poderão usar a otimização local – ajustando variáveis dentro dos limites para alcançar o melhor resultado possível – para ajustar ainda mais a espessura e melhorar a precisão. Durante os testes, os pesquisadores descobriram que o ajuste fino melhora a precisão em 24%, reduzindo a diferença entre o conjunto de dados de validação e as respostas do OptoGPT para 1,92%.
Validação e mapas estatísticos
Os pesquisadores usaram uma técnica estatística para mapear as associações que o OptoGPT faz. Quando mapeados no espaço 2D, os materiais são agrupados por tipo, como metais e materiais dielétricos, que são isolantes elétricos, mas podem suportar um campo elétrico interno. Todos os dielétricos, incluindo os semicondutores, convergem para um ponto central conforme a espessura se aproxima de 10 nanômetros. Do ponto de vista óptico, o padrão faz sentido, pois a luz se comporta de maneira semelhante, independentemente do material, à medida que se aproxima de espessuras tão pequenas, ajudando a validar ainda mais a precisão do OptoGPT.
Flexibilidade
Conhecido como algoritmo de design inverso porque começa com o efeito desejado e retrocede até um design de material, o OptoGPT oferece mais flexibilidade do que abordagens anteriores de algoritmo de design inverso, que foram desenvolvidas para tarefas específicas. Ele permite que pesquisadores e engenheiros projetem estruturas de filmes ópticos multicamadas para uma ampla gama de aplicações.
Via umich.edu