O observatório de ondas gravitacionais do interferômetro a laser, ou LIGO, já ganhou a seus pesquisadores um prêmio Nobel-e agora a inteligência artificial está pronta para levar a busca de colisões cósmicas do LIGO para o próximo nível.
O Google DeepMind e a equipe do LIGO dizem que desenvolveram uma ferramenta de IA chamada modelagem de loop profunda que demonstrou melhorar a capacidade do observatório de rastrear ondas gravitacionais-ondulações fracas no tecido da espaçona
Os pesquisadores descrevem a técnica em um estudo de prova de conceito publicado hoje pela revista Science. Eles esperam fazer parte de operações de rotina nos detectores de Ligo na Louisiana e no local nuclear de Hanford, no estado de Washington.
“A modelagem de loop profunda é revolucionária, porque é capaz de reduzir o nível de ruído no ciclo de feedback mais instável e mais difícil do LIGO”, disse a repórteres do autor Jonas Buchli, cientista de pesquisa do Google DeepMind.
A existência de ondas gravitacionais foi prevista por Albert Einstein há um século, mas foram observadas diretamente diretamente apenas em 2015, usando os interferômetros gêmeos de 2,5 quilômetros de comprimento da LIGO. Esse feito foi reconhecido com o Prêmio Nobel de Física em 2017. Desde então, a equipe do LIGO trabalhou para aumentar a sensibilidade dos detectores, mas não é uma tarefa fácil.
O sistema de espelhos e vigas a laser de precisão da LIG deve registrar deformações espaciais que equivalem a apenas um-10.000º a largura de um próton. Nesse nível de sensibilidade, perturbações de terremotos e ondas oceânicas distantes podem agitar os espelhos o suficiente para fazer a diferença no que é registrado pelos detectores.
Os pesquisadores desenvolveram técnicas sofisticadas-incluindo algumas que dependem da IA-para manter os espelhos de 88 libras e cancelar o “ruído” de tais perturbações. Mas compensar esse ruído introduz um tipo diferente de perturbação.
“O problema mais difícil é: como você mantém tudo tão parado sem perturbar sua medição?” disse Rana Adhikari, membro da equipe do LIGO da Caltech. “Isso ‘controla o ruído’ nos atormenta há décadas e décadas.”
Adhikari comparou o problema a tentar segurar um espelho ainda com as mãos nuas. “Se você tentar mantê -lo realmente quieto, suas mãos começam a tremer porque você está segurando com força”, disse ele. “Este método tira o tremor.”
Os engenheiros do Google trabalharam com os cientistas da LIGO para desenvolver software que foi treinado em leituras simuladas de ondas gravitacionais, usando um processo conhecido como aprendizado de reforço.
“Basicamente, eles estavam executando dezenas de ligos simulados em paralelo”, disse Adhikari em um comunicado à imprensa. “Você pode pensar no treinamento como jogando um jogo. Você recebe pontos por reduzir o barulho e derrubado por aumentá -lo. Os ‘jogadores’ bem -sucedidos continuam tentando ganhar o jogo do LIGO. O resultado é bonito – o algoritmo trabalha para suprimir o ruído do espelho.”
Os resultados dos testes de prova de conceito, com base nos dados do LIGO de uma hora do detector na Louisiana, mostraram que a modelagem de loop profundo poderia acalmar o movimento dos espelhos 30 a 100 vezes melhor do que os métodos tradicionais de redução de ruído isoladamente.
O co-autor do estudo, Jan Harms, professor do Instituto de Ciências Gran Sasso da Itália, disse que a técnica pode abrir uma nova fronteira em astronomia.
“Estamos realmente empolgados com o potencial de avançar a ciência das ondas gravitacionais com a modelagem de loop profundo”, disse ele. “Mais especificamente, o que podemos fazer agora é abrir uma nova faixa de frequência para observações de ondas gravitacionais, em direção ao final de baixa frequência”.
Harms disse que a oportunidade era análoga a expandir o alcance de um telescópio para aproveitar raios de infravermelho ou X, bem como comprimentos de onda ópticos. Com maior sensibilidade em frequências mais baixas, o LIGO poderia fazer um trabalho melhor ao detectar as colisões de estrelas de nêutrons ou binários do buraco negro de massa intermediária. O LIGO também poderia fornecer um aviso mais avançado de colisões cósmicas iminentes.
“O que você pode fazer é um alerta de pré-fusão, para que você possa informar as pessoas (isso) a partir de agora, duas estrelas de nêutrons se fundirão”, disse Harms. “E então, se você tiver detectores suficientes on -line, poderá apontar para um patch específico no céu e dizer a eles: ‘Olhe lá e espere.'”
Com toda a conversa sobre alucinações de IA, as pessoas devem se preocupar que a modelagem de loop profundo pudesse produzir dados falsos? “Eu acho que a questão de ‘se comportará mal depois de correr um ano’ é uma pergunta legítima, mas também nos preocupamos com isso para nossos métodos clássicos e, portanto, monitoramos todas essas coisas”, disse Adhikari.
“Esta é uma nova área para nós, então acho que estaremos aprendendo à medida que avançamos, e desenvolveremos métodos para vetar qualquer tipo de mau comportamento, não apenas desse sistema, mas mesmo de nossos sistemas clássicos que se comportam mal às vezes”, disse ele.
Na fase seguinte do lançamento, a equipe do LIGO planeja colocar o Molding de Loop Deep através de corridas de teste mais longas que podem durar dias ou semanas seguidas-na Louisiana, em Hanford e eventualmente na Ligo-India. “Esta semana é o momento em que começaremos a ter essas discussões”, disse Adhikari.
A modelagem de loop profunda, e programas como ele, podem muito bem se tornar parte do kit de ferramentas de engenharia padrão-não apenas para detectores de ondas gravitacionais, mas também para outras aplicações em que os componentes precisam ser controlados com alta precisão. “Trata -se de aplicações no aeroespacial, por exemplo”, disse Harms. “Navegação ou fabricação, ou geralmente redução de ruído em sistemas, ou também engenharia civil”.
A tecnologia pode até chegar aos fones de ouvido com cancelamento de ruído. E Buchli disse que ainda pode haver outras aplicações nas quais os engenheiros ainda não pensaram.
“Acho que uma vez que enviamos isso, espero que mais pessoas venham pensar: ‘Oh, na verdade, gee, eu tenho esse problema de controle muito difícil. Acho que vou tentar isso'”, disse ele.
Buchli, Adhikari e danos estão entre os 30 autores do estudo da ciência, “melhorando o alcance cosmológico de um observatório de ondas gravitacionais usando a modelagem de loop profundo”.
Fonte ==> GeekWire
