На термоядерной установке DIII-D в Сан-Диего система искусственного интеллекта PACMAN управляла плазмой за 20 миллисекунд. Он предсказывает нестабильности еще до того, как они произойдут.
Некоторые вещи происходят так быстро, что люди не успевают за ними. В термоядерных реакторах это включает в себя проблему, которая может определить успех или неудачу чистого источника энергии: плазма — газ, более горячий, чем ядро Солнца, — становится нестабильным в течение нескольких тысячных долей секунды.
Подробности читайте после объявления
Исследователи из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США и Принстонского университета разработали систему искусственного интеллекта, которая может реагировать с такой скоростью. Он называется PACMAN и был успешно испытан в пяти экспериментах на реальном термоядерном устройстве, как сообщают ученые университета.
Для синтеза ядер водорода, как это происходит внутри звезд, используются так называемые токамаки: кольцевые реакторы, которые используют сильные магнитные поля для удержания плазмы. Чтобы термоядерный синтез работал, эта плазма должна оставаться горячей, плотной и стабильной. Но даже самые незначительные сбои могут за миллисекунды перерасти в опасную нестабильность.
Реакция за 20 миллисекунд вместо нескольких секунд
По словам Энди Ротштейна, аспиранта Принстонского университета и соавтора исследования, сосредоточенный человек-оператор может в лучшем случае отреагировать в течение нескольких секунд. С другой стороны, система PACMAN принимает решения примерно за 20 миллисекунд — и непрерывно.
И скорость имеет значение. Компьютерное моделирование, предназначенное для прогнозирования поведения плазмы, часто занимает дни или месяцы для завершения расчетов. Такие модели бесполезны для эксперимента, который длится всего несколько минут.
Модели машинного обучения могут очень хорошо описывать поведение плазмы — и, прежде всего, они являются единственным способом моделировать плазму в миллисекундных масштабах времени. Скорость этих моделей является ключом к управлению.
Подробности читайте после объявления
ИИ предсказывает нестабильность еще до того, как она произойдет
Но еще более важной, чем мгновенная реакция, является способность ИИ предсказывать проблемы. В одном из экспериментов модель машинного обучения предсказала так называемую нестабильность примерно за 200 миллисекунд до ее возникновения.
Традиционные системы управления могут обнаружить эту нестабильность только после того, как она уже началась. Но попытка их подавить может привести к значительному снижению производительности. Однако предсказание может изменить плазму таким образом, что нестабильность вообще не возникнет.
Это фундаментальное отличие: ИИ не просто реагирует на проблемы — он может их предотвратить.
Одновременное управление несколькими системами
PACMAN работает как сборочная линия с четырьмя станциями. Во-первых, система собирает все измерения токамака в режиме реального времени: температуру, плотность, магнитные сигналы. Эти значения затем проверяются на наличие ошибок и упаковываются в единый пакет.
Затем модели искусственного интеллекта считывают необходимые измерения и прогнозируют, что плазма сейчас делает или собирается делать. Затем модули управления вычисляют команды, например, увеличение мощности нагревательного луча.
На последнем этапе система разрешает конфликты между различными инструкциями управления, устанавливает строгие ограничения безопасности и отправляет команды токамаку.
Эта гибкость была продемонстрирована в пяти экспериментах в Национальной термоядерной установке DIII-D в Сан-Диего. Там PACMAN управлял, среди прочего, всеми шестью гиротронами — системами, нагревающими плазму сильными микроволновыми лучами — одновременно. Для реализации сложных экспериментальных установок система корректировала работу гиротронов и выравнивала их зеркала в реальном времени.
Люди остаются ответственными
Для Ротштейна самым большим сюрпризом стало то, как быстро система доказала свою ценность. Создание PACMAN и установка первой модели заняли месяцы. «Затем мы установили вторую модель, и это заняло несколько дней. Тесты были проще и ошибок было гораздо меньше», — сообщает Ротштейн.
Однако исследователи подчеркивают, что PACMAN не отстраняет людей от процесса. Система обеспечивает соблюдение границ безопасности независимо от того, что предполагает модель искусственного интеллекта. Физики проверяют каждый эксперимент, чтобы оптимизировать модули управления для следующего. В конце концов, именно человек-оператор задает параметры управления.
Поскольку система является модульной, разработчики полагают, что этот подход может работать далеко за пределами DIII-D, включая токамаки других размеров, форм и инструментов, включая оборудование, которое еще не разработано.
Бесшумный ускоритель: почему ИИ меняет исследования в области термоядерного синтеза
PACMAN использует гибкую структуру, в которой можно собирать строительные блоки алгоритмов искусственного интеллекта. Вы можете добавить новый, заменить один или запустить несколько одновременно, не трогая остальную часть системы. Эта модульность превращает управление плазмой с помощью искусственного интеллекта в инфраструктуру, на которой может строиться все термоядерное сообщество.
ИИ становится «тихим ускорителем» термоядерных исследований, резюмирует южнокорейский портал Koriscience. Но это также напоминание о том, что контроль над плазмой температурой в миллион градусов — это лишь один из аспектов ядерного синтеза.
Даже идеальный контроль над плазмой не решит проблемы поставок тритиевого топлива, нейтроностойких материалов, преобразования энергии, робототехники обслуживания и затрат на строительство.
