科學(xué)家開創(chuàng)了用于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析的新 X 射線顯微鏡方法

新的流技術(shù)允許在數(shù)據(jù)生成時(shí)播放數(shù)據(jù)。當(dāng)科學(xué)家想要觀察材料中的微小結(jié)構(gòu)(即使只有幾個(gè)原子大小)時(shí)，他們經(jīng)常會(huì)求助于 X 射線顯微鏡。

X 射線顯微鏡正在發(fā)展到產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量超出科學(xué)家希望有效處理的數(shù)據(jù)量，即使使用大型超級(jí)計(jì)算機(jī)也是如此。因此，研究人員正在尋找能夠讓他們動(dòng)態(tài)處理數(shù)據(jù)的新技術(shù)，這意味著分析收集到的數(shù)據(jù)，然后將結(jié)果反饋到實(shí)驗(yàn)中，最終創(chuàng)建一條自主發(fā)現(xiàn)的途徑。

美國能源部 (DOE) 阿貢國家實(shí)驗(yàn)室高級(jí)光子源 (APS) 的科學(xué)家最近開發(fā)了一種新方法，將機(jī)器學(xué)習(xí)(以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形式)融入到 X 射線顯微鏡技術(shù)中。新流程使研究人員能夠花費(fèi)更少的時(shí)間對(duì)材料進(jìn)行采樣，并將數(shù)據(jù)處理速率提高 100 倍以上，同時(shí)還將收集的數(shù)據(jù)量減少 25 倍。 APS 是美國能源部科學(xué)辦公室的一個(gè)用戶設(shè)施。

“問題在于傳統(tǒng)的分析方法無法跟上數(shù)據(jù)速率，”該研究的作者之一、阿貢國家實(shí)驗(yàn)室小組負(fù)責(zé)人、計(jì)算科學(xué)家馬修·切魯卡拉 (Mathew Cherukara) 說。 “所以我們面臨的情況是，你擁有這些極其復(fù)雜、非凡的硬件，但我們沒有辦法分析它們產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)。”

據(jù) Cherukara 稱，在沒有超級(jí)計(jì)算機(jī)的情況下分析這些研究的數(shù)據(jù)可能需要幾天到幾周的時(shí)間，即使使用超級(jí)計(jì)算機(jī)也可能需要幾個(gè)小時(shí)。

“新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)意味著我們可以在幾分鐘內(nèi)以儀器的全速運(yùn)行許多這樣的實(shí)驗(yàn)，”他說。

該研究的另一位作者、阿貢國家實(shí)驗(yàn)室小組負(fù)責(zé)人安東尼諾·米切利指出，快速進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)并自發(fā)??調(diào)整條件的能力將使科學(xué)家或自主儀器能夠?qū)θ绾畏治鰳颖咀龀?ldquo;瞬間選擇”。

“如果你沒有能力動(dòng)態(tài)分析數(shù)據(jù)，你將無法做出此類決定，”他說。

該研究的另一位作者、阿貢國家實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)家周濤表示，這項(xiàng)新技術(shù)最終可能會(huì)為 APS 騰出時(shí)間進(jìn)行更多更好的實(shí)驗(yàn)。

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