Des processus tels que la fabrication de pièces d'avion, l'analyse des données des notes des médecins et l'identification des menaces à la sécurité nationale peuvent sembler sans rapport, mais au laboratoire national d'Oak Ridge du département américain de l'Énergie, l'intelligence artificielle améliore toutes ces tâches. Accélérer les applications prometteuses de l'IA dans divers domaines de recherche, ORNL a mis en place une initiative d'IA à l'échelle du laboratoire, et son succès contribuera à assurer la compétitivité économique et la sécurité nationale des États-Unis.

Dirigé par le directeur du programme ORNL AI, David Womble, cet investissement interne apporte l'expertise IA du laboratoire, les ressources informatiques et les installations des utilisateurs ensemble pour faciliter les analyses d'ensembles de données volumineux qui seraient autrement ingérables. Des équipes de recherche multidisciplinaires font progresser l'IA et le calcul haute performance pour faire face à des problèmes de plus en plus complexes, y compris la conception de nouveaux matériaux, diagnostiquer et traiter les maladies et améliorer la cybersécurité des infrastructures américaines.

"L'IA a le potentiel de révolutionner la science et l'ingénierie, et c'est excitant d'en faire partie, " a déclaré Womble. "Avec ses scientifiques et ses installations de classe mondiale, L'ORNL apportera des contributions importantes."

Dans tout le laboratoire, des experts en science des données appliquent des outils d'IA connus sous le nom d'algorithmes d'apprentissage automatique (qui permettent aux ordinateurs d'apprendre à partir de données et de prédire les résultats) et d'algorithmes d'apprentissage en profondeur (qui utilisent des réseaux de neurones inspirés du cerveau humain pour découvrir des modèles d'intérêt dans les ensembles de données) pour accélérer les percées à travers le spectre scientifique. Dans le cadre de l'initiative, Les chercheurs de l'ORNL développent de nouvelles technologies pour compléter et étendre ces capacités, faire de l'IA une force pour améliorer les applications scientifiques fondamentales et appliquées.

Abritant le supercalculateur le plus puissant et le plus intelligent au monde, Sommet, ORNL est particulièrement bien adapté à la recherche en IA. Le système IBM a fait ses débuts en juin 2018 et réside à Oak Ridge Leadership Computing Facility, une installation d'utilisateurs du DOE Office of Science située à l'ORNL. Avec du matériel optimisé pour les applications d'IA, Summit fournit une plate-forme idéale pour appliquer l'apprentissage automatique et l'apprentissage en profondeur à des recherches révolutionnaires. La bande passante mémoire accrue du système permet aux algorithmes d'IA de s'exécuter à des vitesses plus rapides et d'obtenir des résultats plus précis.

Parmi les autres machines compatibles avec l'IA, citons les systèmes NVIDIA DGX-2 situés dans l'environnement de calcul et de données d'ORNL pour la science. Ces appareils permettent aux chercheurs de s'attaquer à des problèmes gourmands en données à l'aide de stratégies d'IA uniques et d'exécuter des simulations à plus petite échelle en vue de travaux ultérieurs sur Summit.

"L'IA change rapidement la façon dont les informaticiens font de la recherche, et l'histoire de leadership d'ORNL en matière d'informatique et de données en fait le cadre idéal pour faire progresser l'état de l'art, " a déclaré Jeff Nichols, directeur associé du laboratoire pour l'informatique et les sciences informatiques. " Alors que la formation rapide des réseaux d'IA par Summit aide déjà les chercheurs de tout le spectre scientifique à réaliser le potentiel de l'IA, nous avons commencé à préparer le monde post-Sommet via Frontier, un système d'IA de deuxième génération qui offrira de nouvelles capacités pour l'apprentissage automatique, l'apprentissage en profondeur et l'analyse des données."

Bien que les chercheurs de l'ORNL appliquent la combinaison unique d'expertise en IA et de puissantes ressources informatiques du laboratoire pour relever un éventail de défis scientifiques, trois domaines en particulier sont en passe de produire des premiers résultats majeurs :la fabrication additive, les soins de santé et la sécurité cyberphysique.

La fabrication additive, ou impression 3D, permet aux chercheurs de l'installation de démonstration de fabrication, une installation du DOE Office of Energy Efficiency and Renewable Energy User Facility située à ORNL, se développer de manière fiable, pièces en plastique et en métal écoénergétiques à faible coût. En utilisant l'IA, ils peuvent constamment créer de haute qualité, composants aérospatiaux spécialisés. L'IA peut localiser instantanément les fissures et autres défauts avant qu'ils ne deviennent des problèmes, réduisant ainsi les coûts et les délais de mise sur le marché.

En outre, L'IA permet aux machines de détecter et de réparer les erreurs en temps réel lors du processus de jet de liant, dans lequel un liant liquide fusionne des couches de particules de poudre.

Les chercheurs de l'ORNL optimisent également les techniques d'IA pour analyser les données des patients à partir de tests médicaux, notes des médecins et autres dossiers médicaux. Ces techniques utilisent le traitement du langage pour identifier des modèles parmi les notes de différents médecins, extraire des informations auparavant inaccessibles à partir de montagnes de données. Lorsqu'il est combiné avec les résultats des radiographies et d'autres tests pertinents, ces résultats pourraient améliorer la capacité des fournisseurs de soins de santé à diagnostiquer et à traiter des problèmes allant du trouble de stress post-traumatique au cancer.

Par exemple, La directrice de l'ORNL Health Data Sciences Institute, Gina Tourassi, utilise l'IA pour compiler et analyser automatiquement les données et déterminer les facteurs responsables du développement de certaines maladies. Son équipe exécute des algorithmes d'apprentissage automatique sur Summit pour numériser des millions de documents médicaux à la recherche de ces types d'informations.

Les plateformes de cybersécurité telles que "Situ" surveillent des milliers d'événements par seconde pour détecter des anomalies que les analystes humains ne seraient pas en mesure de trouver. Situ trie des quantités massives de données réseau brutes, libérant les opérateurs de réseau pour qu'ils se concentrent sur les petites, des quantités gérables d'activité pour enquêter sur les menaces potentielles et prendre des décisions plus éclairées.

Et grâce à des partenariats avec des compagnies d'électricité, L'ORNL a également utilisé l'IA pour améliorer la sécurité des réseaux électriques en surveillant les flux de données et en identifiant les activités suspectes.

À ce jour, Les chercheurs de l'ORNL ont remporté deux prix R&D 100 et 10 brevets pour des travaux liés à la recherche en IA et au développement d'algorithmes. Le laboratoire prévoit de recruter des experts en IA supplémentaires pour continuer à s'appuyer sur cette base.

Pour s'assurer que les chercheurs américains maintiennent leur leadership en matière d'innovation en R&D et continuent de révolutionner la science avec l'IA, ORNL offre également des opportunités de développement professionnel, notamment l'Institut d'été sur l'intelligence artificielle, qui associe des étudiants à des chercheurs de l'ORNL pour résoudre des problèmes scientifiques à l'aide de l'IA, et le groupe d'utilisateurs de l'apprentissage des données, qui permet aux utilisateurs de l'OLCF et au personnel de l'ORNL de s'exercer à utiliser des techniques d'apprentissage en profondeur.

L'ORNL collabore également avec l'Université du Tennessee, Knoxville, pour soutenir le doctorat du Bredesen Center. programme en science et ingénierie des données, un programme qui combine la science des données avec des spécialités scientifiques allant de la science des matériaux à la sécurité nationale.