Смартфоны и электроника становятся все компактнее и мощнее, а значит, нужно придумывать, как эффективно отводить от них тепло и обеспечивать стабильную работу. Одно из решений — наноматериалы: крошечные частицы, которые ведут себя не так, как обычные вещества, просто потому, что они очень маленькие.

Но создавать детали наноразмера — все равно что играть в рулетку. Процесс сложно предсказать, а ошибки дорого исправить. Исследователи Мостафа Бедеви из Университета Питтсбурга и Ахмед Азиз Эззат из Университета Рутгерса получили грант в 549 947 долларов от Национального научного фонда США, чтобы разобраться, как управлять ростом наночастиц железа на алюминиевой подложке. Они будут использовать машинное обучение, чтобы моделировать, анализировать и предсказывать, как формируются эти частицы.

Представьте, что вы сажаете семена, из которых вырастает микроскопический лес, — объясняет Бедеви. — Только вместо травы у нас углеродные нанотрубки, а вместо грядки — квадратный сантиметр, на котором размещаются 100 миллиардов наночастиц. Но не все из них прорастут, и мы хотим понять, почему.

Углеродные нанотрубки — это сверхпрочные и сверхпроводящие структуры, похожие на паутину. Они прочнее стали, проводят ток лучше меди и отлично рассеивают тепло, что делает их идеальными для миниатюрной электроники.

Проблема в том, что вырастить их в нужном количестве и качестве — задача не из легких.

Это как готовить сложное блюдо, — говорит Бедеви. — Нужно точно подобрать температуру, состав газа и другие условия, но все происходит на атомном уровне.

Чтобы увидеть, что происходит с наночастицами, ученые используют электронный микроскоп. Раньше анализ каждого снимка занимал часы, но теперь машинное обучение позволяет обрабатывать сотни изображений в секунду и даже предсказывать, как будут вести себя частицы.

Азиз Эззат, эксперт по машинному обучению, разработает систему, которая автоматизирует анализ изображений и поможет понять, как именно растут нанотрубки.

Нам предстоит разобраться в огромном объеме данных, — говорит он. — Но это того стоит: такие технологии ускоряют научные открытия.

Если ученым удастся точно контролировать рост нанотрубок, это упростит производство микроэлектроники: процесс станет дешевле, а устройства — компактнее и эффективнее. Например, процессоры и аккумуляторы смогут работать без перегрева даже при экстремальных нагрузках.

Основная сложность — масштабирование. Даже если метод сработает в лаборатории, его еще нужно адаптировать для массового производства. Кроме того, машинное обучение требует огромных вычислительных мощностей, что может сделать технологию дорогой.

Ранее ученые сообщили, что им удалось вырастить нанотрубки, направленные в одну сторону.