همکاری بریتانیا و آمریکا برای ساخت دوقلوهای دیجیتال راکتورهای همجوشی

بریتانیا و آمریکا قصد دارند دو ابرکامپیوتر ویژه تحقیقات همجوشی را به یکدیگر متصل کنند تا با ترکیب داده‌های توکامک‌ها، مدل‌های هوش مصنوعی و دوقلوهای دیجیتال دقیق‌تری برای طراحی راکتورهای همجوشی آینده توسعه دهند.

به گزارش سرویس هوش‌مصنوعی تک‌ناک، در این طرح، ابرکامپیوتر SUNRISE در بریتانیا به پلتفرم محاسباتی STELLAR-AI در آمریکا متصل می‌شود. پژوهشگران قصد دارند اطلاعات به‌دست‌آمده از آزمایش‌های همجوشی در دو مرکز تحقیقاتی را با یکدیگر ترکیب کنند و از آنها برای آموزش مدل‌های هوش مصنوعی استفاده نمایند. این مدل‌ها می‌توانند رفتار پلاسمای داغ در راکتورهای آزمایشی را دقیق‌تر پیش‌بینی کنند و به مهندسان برای طراحی نیروگاه‌های همجوشی آینده کمک نمایند.

توکامک دستگاهی برای انجام آزمایش‌های همجوشی هسته‌ای است که با میدان‌های مغناطیسی قدرتمند، پلاسمای بسیار داغ را در محفظه‌ای حلقه‌ای محصور می‌کند. دانشمندان با استفاده از توکامک تلاش می‌کنند شرایط لازم را برای همجوشی هسته‌های اتم ایجاد کنند و در نهایت به تولید انرژی پاک و پایدار دست یابند.

دو تأسیسات MAST Upgrade و NSTX-U از توکامک‌های کروی فشرده با طراحی مشابه استفاده می‌کنند. پژوهشگران معتقد هستند این شباهت می‌تواند امکان ترکیب نتایج آزمایش‌های دو دستگاه را فراهم کند و به توسعه مدل‌هایی منجر شود که رفتار پلاسمای همجوشی را در دستگاه‌های مختلف با دقت بیشتری پیش‌بینی می‌کنند.

بریتانیا و آمریکا این همکاری را ۱۴ سپتامبر در اجلاس جهانی سیاست‌گذاری همجوشی در لندن اعلام کردند. دو مرکز تحقیقاتی پیش‌تر در ماه ژوئن تفاهم‌نامه‌ای برای گسترش همکاری‌های خود امضا کرده بودند. اتصال ابرکامپیوترهای دو کشور هنوز در مرحله بررسی فنی قرار دارد و زیرساخت مشترک آنها فعالیت خود را آغاز نکرده است.

بیشتر بخوانید: مدل هوش مصنوعی جدید مسیر همجوشی هسته‌ای را متحول می کند

آموزش یک مدل هوش مصنوعی با داده‌های دو توکامک

فدراسیون پیشنهادی به دو پلتفرم ابرمحاسباتی اجازه می‌دهد مدل‌های یکسانی را با داده‌های تولیدشده در دو آزمایشگاه آموزش دهند. مدل‌هایی که تنها با اطلاعات یک دستگاه همجوشی آموزش می‌بینند، ممکن است هنگام استفاده برای دستگاه دیگری نتوانند رفتار پلاسما را با همان دقت پیش‌بینی کنند.

پژوهشگران امیدوار هستند ترکیب مجموعه داده‌های دو مرکز به توسعه سیستم‌های یادگیری ماشینی منجر شود که بخش بیشتری از فیزیک بنیادی همجوشی را در مدل‌های خود منعکس کنند و پیش‌بینی‌های قابل‌اعتمادتری ارائه دهند. همچنین ابرکامپیوترها می‌توانند با استفاده از شبیه‌سازی، شکاف‌های موجود در داده‌های آزمایشی را پر کنند. به این ترتیب پژوهشگران می‌توانند سناریوهای بیشتری را بدون اجرای تمام آنها روی دستگاه‌های واقعی بررسی کنند.

جو میلنز، مدیر اجرایی مهندسی و محاسبات UKAEA، همجوشی را یکی از چالش‌های بزرگ علمی و مهندسی دوران کنونی توصیف کرد و گفت که حل چالش‌های این حوزه به همکاری نیاز دارد. به گفته او، بریتانیا و آمریکا از کشورهای پیشرو در تحقیقات همجوشی هستند و اتصال SUNRISE و STELLAR-AI می‌تواند همکاری طولانی دو کشور را در این حوزه گسترش دهد.

SUNRISE نخستین ابرکامپیوتر هوش مصنوعی بریتانیا است که به‌طور اختصاصی به تحقیقات انرژی همجوشی اختصاص دارد و دولت این کشور ۴۵ میلیون پوند برای آن تأمین کرده است. STELLAR-AI نیز قابلیت‌های هوش مصنوعی و رایانش با کارایی بالا را در اختیار پژوهشگران PPPL قرار می‌دهد.

بیشتر بخوانید: تأمین انرژی ماهواره‌های مجهز به هوش مصنوعی با فناوری همجوشی سرد

توسعه دوقلوهای دیجیتال برای آزمایش راکتورهای همجوشی

یکی از اهداف مهم این همکاری، توسعه دوقلوهای دیجیتال برای دو تأسیسات توکامک است. دوقلوی دیجیتال با استفاده از داده‌های آزمایشی، یک مدل مجازی دقیق از دستگاه همجوشی ایجاد می‌کند. پژوهشگران با این مدل می‌توانند تغییرات مختلف را در محیط نرم‌افزاری آزمایش کنند و رفتار دستگاه را پیش از اجرای آزمایش روی تجهیزات واقعی پیش‌بینی نمایند.

راب آکرز، مدیر برنامه‌های محاسباتی و پژوهشگر ارشد UKAEA اعلام کرد که دو آزمایشگاه می‌توانند داده‌های آزمایشی و شبیه‌سازی‌ها را ترکیب کنند تا شرایط عملیاتی را بررسی کنند که هنوز روی دستگاه‌های واقعی آزمایش نشده‌اند.

به گفته آکرز، دو مرکز می‌توانند دوقلوهای دیجیتال هر دو دستگاه را توسعه دهند و از آنها برای طراحی راکتورهای همجوشی آینده استفاده کنند. هدف، ساخت مدل‌هایی از توکامک‌های کروی است که قدرت پیش‌بینی بیشتری داشته باشند و اطلاعات کاربردی‌تری در اختیار مهندسان قرار دهند.

این فدراسیون در آینده می‌تواند از پروژه‌هایی مانند توکامک کروی بریتانیا برای تولید انرژی، STEP Fusion و راکتور پیشرفته توکامک کروی پیشنهادی PPPL نیز پشتیبانی کند.

بیشتر بخوانید: دومین آزمایش همجوشی هسته ای هم نمره قبولی گرفت

تبدیل چند ابرکامپیوتر به یک موتور محاسباتی مشترک

پژوهشگران قصد دارند چگونگی انتقال وظایف محاسباتی میان SUNRISE و STELLAR-AI را نیز بررسی کنند. سخت‌افزار این دو پلتفرم متفاوت است و ایجاد امکان انتقال وظایف میان آنها می‌تواند به دانشمندان اجازه دهد هر محاسبه را روی سیستمی اجرا کنند که برای آن کار مناسب‌تر است.

شانتنو جا، رئیس علوم محاسباتی PPPL بیان کرد که هدف این پروژه فراهم کردن شرایطی است که مدل‌ها و آزمایش‌ها بتوانند آزادانه میان دو سیستم جابه‌جا شوند. او این رویکرد را راهی برای تبدیل مجموعه‌ای از ابرکامپیوترها به یک موتور واحد برای کشف و توسعه فناوری‌های همجوشی توصیف کرد.

با وجود این، SUNRISE-STELLAR-AI هنوز یک زیرساخت ابرمحاسباتی مشترک و عملیاتی نیست. UKAEA و PPPL در مرحله بررسی الزامات فنی و تعیین مراحل بعدی اتصال دو پلتفرم قرار دارند. در صورت اجرای این طرح، ترکیب داده‌های آزمایشگاهی، هوش مصنوعی، شبیه‌سازی و دوقلوهای دیجیتال می‌تواند ابزارهای دقیق‌تری برای بررسی رفتار توکامک‌های کروی در اختیار مهندسان قرار دهد و به طراحی نسل آینده نیروگاه‌های همجوشی کمک کند.