Kemajuan dalam Menciptakan “Sidik Jari” Menggunakan AI
Perkembangan material terus berjalan seiring berjalannya waktu, dan para ilmuwan kini memanfaatkan kemajuan ini untuk mengembangkan teknik baru yang menggabungkan spektroskopi korelasi foton sinar-X (XPCS) dengan artificial intelligence (AI) dan pembelajaran mesin. Penelitian ini dilakukan oleh tim dari Advanced Photon Source (APS) dan Center for Nanoscale Materials (CNM) di Argonne National Laboratory, yang merupakan bagian dari Department of Energy Amerika Serikat (DOE).
Kolaborasi antara para peneliti dan tim komputasi di divisi ilmu sinar-X Argonne ini menghasilkan simulasi molekuler dari dinamika polimer yang dipantau melalui XPCS. Tujuan dari simulasi ini adalah untuk menghasilkan data sintetis yang digunakan untuk melatih sistem AI.
Pengembangan “Sidik Jari” Material
Teknik inovatif ini memungkinkan ilmuwan untuk menciptakan “sidik jari” unik dari berbagai jenis bahan. Sidik jari ini kemudian dapat dianalisis oleh jaringan saraf untuk mendapatkan informasi baru yang sebelumnya sulit diakses. Jaringan saraf yang dimaksud berfungsi mirip dengan otak manusia dalam proses pengambilan keputusan.
Proyek penelitian ini dikenal dengan nama Artificial Intelligence for Non-Equilibrium Relaxation Dynamics (AI-NERD). Tujuan utamanya adalah untuk memetakan sidik jari material dan mengelompokkannya berdasarkan karakteristik yang serupa dalam lingkungan yang teridentifikasi. Proyek ini juga bertujuan untuk menyederhanakan data menjadi sidik jari yang hanya memuat informasi paling relevan tentang sampel, sehingga mempermudah pemahaman terhadap data yang dipelajari.
“Bayangkan seperti memiliki genom material yang menyimpan semua informasi yang diperlukan untuk merekonstruksi gambar lengkap dari bahan tersebut,” ungkap James (Jay) Horwath, peneliti postdoctoral di Argonne dan penulis utama studi ini, dalam kutipan dari phys.org.
Dengan menganalisis fitur-fitur dalam sidik jari dari berbagai lingkungan secara holistik, para peneliti dapat memperoleh pemahaman yang lebih mendalam tentang struktur material dan bagaimana material tersebut berubah seiring dengan tekanan dan proses relaksasi.
Teknik Autoencoder dalam Pembuatan Sidik Jari
Sidik jari material dibuat menggunakan teknik autoencoder, sebuah jenis jaringan saraf yang mengubah data gambar asli menjadi representasi laten berupa sidik jari. Jaringan ini juga dilengkapi dengan algoritma dekoder yang berfungsi untuk mengubah representasi laten kembali menjadi gambar asli.
Dalam proyek ini, XPCS dipadukan dengan algoritma pembelajaran mesin tanpa pengawasan, yang memungkinkan jaringan saraf belajar mengenali pola tersembunyi dalam distribusi sinar-X yang dihamburkan oleh koloid—sekelompok partikel yang terdispersi dalam larutan—tanpa memerlukan pelatihan khusus dari para ahli.
Baca juga : Minuman Manis vs. Rokok: Mana yang Lebih Berbahaya?
Peran AI dalam Proyek AI-NERD
Apa peran AI dalam proyek AI-NERD ini? AI berperan penting dalam menyederhanakan dan mempercepat proses penelitian. “Untuk memahami bagaimana material bergerak dan berubah seiring waktu, kami mengumpulkan data hamburan sinar-X,” jelas Horwath.
Tanpa bantuan AI, ilmuwan mengalami kesulitan dalam mendeteksi dan memahami pola yang sangat kompleks. AI memungkinkan para ilmuwan untuk mengenali pola umum dan mengkategorikan gambar sinar-X dengan lebih efisien, mengurutkannya ke dalam peta yang sesuai.
“AI digunakan untuk memperlakukan pola hamburan seperti gambar atau foto biasa dan menganalisisnya untuk menemukan pola berulang,” tambah Horwath.
AI juga berperan dalam memahami data hamburan dari APS yang telah ditingkatkan, yang akan menghasilkan sinar-X dengan kecerahan 500 kali lebih besar dibandingkan APS yang lama. “Dengan data dari APS yang ditingkatkan dan kekuatan AI, kami dapat memilah dan menganalisis data tersebut dengan lebih efektif,” pungkasnya.
