NIMS-OS: An automation software to implement a closed loop between artificial intelligence and robotic experiments in materials science
NIMS-OS एक ओपन-सोर्स पायथन लाइब्रेरी और GUI एप्लिकेशन है जो इलेक्ट्रोलाइट्स जैसे नए पदार्थों की स्वायत्त खोज के लिए NAREE जैसे रोबोटिक प्रयोगात्मक प्रणालियों के साथ विविध AI एल्गोरिदम को एकीकृत करके पूर्णतः स्वचालित, क्लोज्ड-लूप सामग्री अनुसंधान को सक्षम बनाता है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
कल्पना कीजिए कि आप एक केक के लिए एकदम सही रेसिपी खोजने की कोशिश कर रहे हैं, लेकिन एक रसोई के बजाय, आपके पास 4,000 अलग-अलग सामग्रियों के संयोजन वाली एक विशाल लाइब्रेरी है। एक मानव शेफ कुछ चीज़ें आज़मा सकता है, अंदाज़ा लगा सकता है कि क्या काम करेगा, और फिर से कोशिश कर सकता है, लेकिन सबसे अच्छा वाला खोजने में उसे वर्षों लग सकते हैं।
अब कल्पना कीजिए कि आपके पास एक सुपर-स्मार्ट रोबोट शेफ और एक प्रतिभाशाली आलोचक है जो कभी सोता नहीं, कभी थकता नहीं और कभी गलती नहीं करता। यह बिल्कुल वैसा ही है जैसा कि "NIMS-OS" का कार्य वर्णन करता है, लेकिन केक के बजाय नई सामग्रियों (जैसे बेहतर बैटरी तरल पदार्थ) की खोज के लिए।
यहाँ इस सिस्टम के काम करने का सरल विवरण दिया गया है:
समस्या: "भूसे के ढेर में सुई"
सामग्री विज्ञान (materials science) में, वैज्ञानिक यह जानने के लिए रसायनों के सर्वोत्तम संयोजन को खोजना चाहते हैं कि चीज़ें जैसे कि बैटरियाँ बेहतर तरीके से कैसे काम करें। संभावित संयोजनों की संख्या इतनी अधिक है कि उन सभी का परीक्षण करना हाथ से असंभव है। यह एक पहाड़ के आकार के भूसे के ढेर में एक विशिष्ट सुई खोजने जैसा है।
समाधान: NIMS-OS (द "कंडक्टर")
लेखकों ने एक सॉफ्टवेयर सिस्टम विकसित किया जिसे NIMS-OS (NIMS ऑर्केस्ट्रेशन सिस्टम) कहा जाता है। इस सॉफ्टवेयर को एक ऑर्केस्ट्रा के कंडक्टर के रूप में सोचें।
- संगीतकार (The Musicians): आपके पास विभिन्न "AI एल्गोरिदम" (स्मार्ट आलोचक) और "रोबोटिक भुजाएं" (रोबोट शेफ) हैं।
- कंडक्टर (The Conductor): NIMS-OS AI को बताता है कि उसे कब सुझाव देना है और रोबोट को बताता है कि उसे रसायन कब मिलाने हैं। यह दोनों को जोड़ता है ताकि वे बिना किसी इंसान द्वारा बटन दबाए एक पूर्ण चक्र में मिलकर काम कर सकें।
यह चक्र कैसे काम करता है (द "थ्री-स्टेप डांस")
यह सिस्टम एक निरंतर चक्र में चलता है, जैसे कि "हॉट एंड कोल्ड" (पास या दूर) का खेल हो:
- अंदाज़ा लगाना (AI): AI सभी संभावित रासायनिक रेसिपी (एक "कैंडिडेट फ़ाइल") को देखता है। अब तक जो कुछ भी उसने सीखा है, उसके आधार पर, वह आगे आज़माने के लिए सबसे आशाजनक रेसिपी चुनता है।
- उपमा: AI एक जासूस की तरह है जो कहता है, "सुरागों के आधार पर, अपराधी शायद इस मोहल्ले में है। आइए पहले इन तीन घरों की जाँच करें।"
- कार्य (Robot): सॉफ्टवेयर रोबोट को एक सिग्नल भेजता है। रोबोट स्वचालित रूप से रसायनों को मिलाता है, उन्हें एक टेस्ट सेल में डालता है, और प्रयोग करता है।
- उपमा: रोबोट जासूस के साथी की तरह है जो वास्तव में घरों में जाता है और दरवाज़े खटखटाता है।
- परिणाम (Update): रोबट परीक्षण पूरा करता है और डेटा वापस भेजता है। सॉफ्टवेयर सूची को अपडेट करता है और यह चिह्नित करता है कि कौन सी रेसिपी ने अच्छा काम किया और किनियों ने नहीं। फिर AI नए डेटा को देखता है और अगले सबसे अच्छे अंदाज़ों का चयन करता है।
- उपमा: साथी वापस आता है और कहता है, "घर A खाली था, लेकिन घर B में एक सुराग मिला!" जासूस इस नई जानकारी का उपयोग अगला घर चुनने के लिए करता है।
टूलबॉक्स में मौजूद उपकरण
यह कार्य बताता है कि NIMS-OS लचीला है। आप ऑर्केस्ट्रा में अपने "संगीतकारों" को बदल सकते हैं:
- विभिन्न AI दिमाग: आप विभिन्न प्रकार के AI तर्क का उपयोग कर सकते हैं। कुछ पूर्णतः सर्वश्रेष्ठ शिखर खोजने में अच्छे हैं (Bayesian Optimization), कुछ अज्ञात क्षेत्रों की खोज करने में अच्छे हैं (Boundless Exploration), और कुछ पूरे परिदृश्य का मानचित्रण करने में अच्छे हैं (Phase Diagrams)।
- विभिन्न रोबोट हाथ: आप विभिन्न रोबोटों को जोड़ सकते हैं। लेखकों ने इसे NAREE नामक एक विशिष्ट सिस्टम के साथ टेस्ट किया, जो तरल पदार्थों को मिलाने और बैटरी तरल पदार्थों का स्वचालित रूप से परीक्षण करने के लिए डिज़ाइन किया गया एक रोबोट है।
वास्तविक दुनिया का परीक्षण: द बैटरी हंट
यह साबित करने के लिए कि यह काम करता है, टीम ने लिथियम-मेटल बैटरियों के लिए एक बेहतर इलेक्ट्रोलाइट (बैटरी में मौजूद तरल) खोजने के लिए NIMS-OS का उपयोग किया।
- सेटअप: उनके पास चुनने के लिए 16 अलग-अलग रासायनिक एडिटिव्स थे। वे 5 एडिटिव्स के सर्वोत्तम मिश्रण को खोजना चाहते थे।
- प्रक्रिया:
- पहले, रोबोट ने केवल शुरुआती डेटा प्राप्त करने के लिए यादृच्छिक रूप से 32 मिश्रणों को आज़माया (जैसे कि कुछ रैंडम केक आज़माना)।
- फिर AI ने नियंत्रण संभाला। इसने परिणामों का विश्लेषण किया और रोबोट को बताया कि उसे अगले 32 मिश्रणों को ठीक से कौन से मिश्रण आज़माने चाहिए।
- यह बिना किसी मानवीय हस्तक्षेप के 10 घंटे लगातार स्वचालित रूप से हुआ।
- परिणाम: 7वें परीक्षण दौर तक, सिस्टम ने एक ऐसी रेसिपी खोज ली जो अन्य सभी से काफी बेहतर प्रदर्शन करती थी। इसने खोजा कि विशिष्ट रसायनों (जैसे VC और FEC) का मिश्रण सबसे अच्छा काम करता है, जो उस जानकारी के अनुरूप है जिसे मानव विशेषज्ञ पहले से जानते हैं, लेकिन रोबोट ने इसे बहुत तेज़ी से और बिना थकान के खोज निकाला।
यह क्यों महत्वपूर्ण है
यह कार्य तर्क देता है कि सबसे बड़ी सफलता केवल रोबोट या AI अकेले नहीं है, बल्कि उन्हें जोड़ने वाला सॉफ्टवेयर है।
- मानकीकरण (Standardization): पहले, प्रत्येक लैब को अपने विशिष्ट रोबोट को अपने विशिष्ट AI से जोड़ने के लिए अपना स्वयं का कस्टम कोड लिखना पड़ता था। NIMS-OS एक सार्वभौमिक "प्लग-एंड-प्ले" सिस्टम प्रदान करता है।
- कोई मानवीय त्रुटि नहीं: चूंकि यह एक बंद चक्र (closed cycle) है, इसलिए रोबोट थकता नहीं है और AI विचलित नहीं होता है। यह बस तब तक अनुकूलित (optimize) करता रहता है जब तक कि काम पूरा न हो जाए।
संक्षेप में, NIMS-OS एक यूनिवर्सल रिमोट कंट्रोल है जो एक कंप्यूटर मस्तिष्क को एक रोबोट शरीर के साथ बात करने की अनुमति देता है ताकि वे स्वतंत्र रूप से, चौबीसों घंटे नई सामग्रियों की खोज कर सकें।
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