Инженеры из Стэнфорда представили новую систему, которая вводит вычислительные инструменты и самоанализирующих ИИ-ассистентов, потенциально продвигая такие области, как оптические вычисления и астрономия.
Метаповерхности и их применение
Метаповерхности — это новейшие фотонные устройства, созданные из наноразмерных строительных блоков. Они могут использоваться для создания гиперреалистичных голограмм, датчиков нового поколения для автономных роботов и тонких очков дополненной реальности.
Стэнфордские инженеры разработали ИИ-систему, которая значительно ускоряет проектирование метаповерхностей. Эта система, называемая MetaChat, вводит новые вычислительные инструменты и самоанализирующих ИИ-ассистентов, позволяя быстро решать задачи, связанные с оптикой. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances.
Как работает MetaChat
Комбинация агентского ИИ с высокоскоростными суррогатными вычислительными моделями является новой, — говорит Джонатан Фан, старший автор статьи и доцент кафедры электротехники. — У нас есть несколько агентов, которые взаимодействуют с этими инструментами и пользователем для выполнения сложных задач проектирования. Это действительно большая возможность».
Метаповерхности обладают потенциалом для инноваций в области визуализации и сенсорики. Устройства состоят из настолько крошечных блоков, что сотни тысяч таких блоков могут уместиться на песчинке. Наноразмерные компоненты могут изгибать свет способами, которые невозможны с помощью традиционной «громоздкой» оптики. Например, интегрированные в камеру телефона, они могут проецировать точечный массив на лицо пользователя, создавая голограмму высокого разрешения, которая может использоваться для идентификации.
Однако такой мелкомасштабный дизайн сопряжён с трудностями для оптических инженеров. Проекты требуют глубоких знаний материалов, геометрической точности и мощных вычислений. Инженеры используют моделирование, которое имитирует, как электрические и магнитные поля создаются и изменяются со временем, и эти симуляции необходимо запускать тысячи раз, пока конструкция проходит процесс проб и ошибок. На обычном компьютере одно моделирование может занять десятки минут.
«Это действительно снежный ком, который перерастает в нечто, требующее порядка недель или даже месяцев для крупных устройств», — говорит Роберт Лупоиу, первый автор исследования и аспирант кафедры электротехники.
Команда искала более эффективный процесс с помощью ИИ.
Использование ИИ для ускорения проектирования
Сначала они создали двигатель, который приводит в действие новую систему: нейронную сеть глубокого обучения, которая решает уравнения Максвелла, управляющие электрическими и магнитными полями. Новый решатель, названный Feature-wise Linear Modulation (FiLM) WaveY-Net, может проводить симуляцию более чем в тысячу раз быстрее, чем традиционные методы, решая уравнения за миллисекунды.
Затем команда создала ИИ-агентов, которые выполняют роль проектировщиков оптики и экспертов по материалам. Используя подсказки для больших языковых моделей, они описали работу каждого агента и рабочий процесс. В то время как существующие дизайнеры на основе ИИ следуют предопределённому процессу, похожему на блок-схему, это иногда может привести к тупикам или плохим результатам. Чтобы улучшить процесс принятия решений, команда использовала подсказки, чтобы предоставить ИИ возможность самоанализа. «В одном цикле проектирования он может вернуться к себе и подумать о том, что он сделал, — сказал Лупоиу. — Затем он может принять следующее наилучшее решение без заранее определённого шаблона того, что он должен сделать».
MetaChat объединяет вычислительные инструменты и ИИ-агентов вместе с интерфейсом чата, чтобы пользователи могли делать запросы на проектирование. Команда протестировала MetaChat с десятками задач по проектированию оптики и фотоники. В одном тесте Лупоиу попросил MetaChat спроектировать металлическую линзу, которая может одновременно фокусировать синий свет в одной точке и красный свет — в другой.
Исследователи обнаружили, что MetaChat может проектировать сложные оптические устройства в сотрудничестве с пользователями в режиме реального времени. MetaChat может предоставить доступ к специализированным знаниям в области проектирования оптики в таких областях, как оптические вычисления и астрономия, — добавил Фан. «Существует реальная нехватка оптических дизайнеров, — сказал Фан. — Существует огромная потребность в людях для создания различных типов фотонных систем, поэтому я думаю, что это может действительно помочь в этом».
В будущем подобные системы с автономными ИИ-агентами могут ускорить развитие технологий в других областях. Исследователи в других областях могут разработать своих собственных специализированных, самоанализирующих ИИ-агентов. Это потенциально может позволить быстро наладить междисциплинарное сотрудничество. «Если каждый приложит усилия для создания этих высокоскоростных инструментов научных вычислений и оптимизации, то совокупность агентов и этих инструментов действительно будет расширять границы вычислений и инноваций», — сказал Фан.
Такие платформы не сделают людей устаревшими. «Цель состоит в том, чтобы использовать идеи людей», — сказал Фан. «Нужен человек, чтобы задавать правильные вопросы и определять, когда что-то не так».
Предоставлено Стэнфордским университетом.