Utilizzando l’intelligenza artificiale, un gruppo di ricerca della TU Graz vuole costruire strutture molecolari altamente complesse.
Attraverso l’intelligenza artificiale, un gruppo di ricerca dell’Università Tecnica di Graz vuole costruire strutture molecolari altamente complesse, portando la costruzione di nanostrutture a un nuovo livello: “Vogliamo sviluppare un sistema di intelligenza artificiale autoapprendente che posizioni singole molecole in modo rapido, specifico e nel giusto orientamento, e tutto questo in modo completamente autonomo” afferma Oliver Hofmann dell’Istituto di fisica dello stato solido, che dirige il gruppo di ricerca della TU Graz. Ciò dovrebbe rendere possibile la costruzione di strutture altamente complesse, inclusi circuiti logici nell’intervallo nanometrico. Il gruppo di ricerca “Disposizione delle molecole tramite intelligenza artificiale” ha ricevuto finanziamenti per un totale di 1,19 milioni di euro dall’Austrian Science Fund.
Il posizionamento di singole molecole sulla superficie di un materiale viene eseguito tramite un microscopio a scansione a effetto tunnel. La punta della sonda emette un impulso elettrico per depositare una molecola che trasporta. “Una persona ha bisogno di alcuni minuti per completare questo passaggio per una molecola semplice. Ma per costruire strutture complicate con effetti potenzialmente entusiasmanti, molte migliaia di molecole complesse devono essere posizionate individualmente e il risultato quindi testato. Ciò richiede ovviamente un tempo relativamente lungo” afferma Oliver Hofmann.
Dato che microscopio a scansione a effetto tunnel può anche essere controllato da un computer, il team vuole utilizzare vari metodi di apprendimento automatico per far sì che un tale sistema informatico ponga le molecole nella posizione corretta in modo indipendente. Innanzitutto, il team impiega metodi di intelligenza artificiale per calcolare un piano ottimale che descriva l’approccio più efficiente e affidabile per costruire la struttura. Gli algoritmi di AI autoapprendenti controllano quindi la punta della sonda per posizionare le molecole in modo preciso in base al piano: “Posizionare molecole complesse con la massima precisione è un processo difficile, poiché il loro allineamento è sempre soggetto a un certo grado di casualità nonostante il miglior controllo possibile” spiega Hofmann della TU Graz. I ricercatori integreranno questo fattore di probabilità condizionale nel sistema di intelligenza artificiale in modo che agisca comunque in modo affidabile.
Nanostrutture a forma di cancello
Utilizzando un microscopio a scansione a effetto tunnel controllato dall’intelligenza artificiale in grado di funzionare 24 ore su 24, i ricercatori vogliono in definitiva costruire i cosiddetti recinti quantici. Si tratta di nanostrutture a forma di cancello, che possono essere utilizzate per intrappolare gli elettroni dal materiale su cui sono depositati. Le proprietà ondulatorie degli elettroni portano quindi a interferenze quantistiche che possono essere utilizzate per applicazioni pratiche. Finora i recinti quantistici sono stati costruiti principalmente da singoli atomi. Il team dell’Università di Graz ora vuole produrli da molecole di forma complessa: “La nostra ipotesi è che questo ci consentirà di costruire recinti quantistici molto più diversificati e quindi di espandere specificamente i loro effetti”. I ricercatori vogliono usare questi recinti quantistici più complessi per costruire circuiti logici al fine di studiare fondamentalmente come funzionano a livello molecolare. Teoricamente, tali recinti quantistici potrebbero un giorno essere utilizzati per costruire chip per computer.
Foto: Bernhard Ramsauer – TU Graz
