การเรียนรู้ของเครื่องทำให้ภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดมีความคมชัด

เทคนิคแมชชีนเลิร์นนิงแบบใหม่ช่วยลดสัญญาณรบกวนในภาพที่ถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (STEM) ได้อย่างมาก อัลกอริทึมนี้พัฒนาขึ้นโดยนักวิจัยในไอร์แลนด์ ช่วยให้นักวิจัยใช้ลำแสงอิเล็กตรอนอ่อนๆ เพื่อศึกษารายละเอียดย่อยในระดับนาโนในตัวอย่างที่ละเอียดอ่อนได้ง่ายขึ้น

STEM เป็นหนึ่งในเครื่องมือที่ทรงพลังที่สุดสำหรับนักวิจัยที่ศึกษาโครงสร้างระดับอะตอม

และองค์ประกอบ

ทางเคมีของตัวอย่างวัสดุ ลำแสงอิเล็กตรอนที่โฟกัสจะถูกสแกนผ่านตัวอย่างบาง ๆ และตรวจพบอิเล็กตรอนที่ผ่านตัวอย่างเพื่อสร้างภาพ เทคนิค STEM สมัยใหม่ได้รับความละเอียดในการถ่ายภาพต่ำกว่า 0.1 นาโนเมตร ดังนั้นเทคนิคนี้จึงสามารถมองเห็นอะตอมแต่ละตัวได้ อย่างไรก็ตาม 

การได้รับความละเอียดสูงนั้นมีค่าใช้จ่าย หนึ่งคือความละเอียดที่สูงขึ้นมักทำได้โดยการใช้ลำแสงอิเล็กตรอนที่มีความเข้มสูงกว่า ซึ่งอาจสร้างความเสียหายหรือแม้แต่ทำลายตัวอย่างได้ ตัวอย่างทั่วไปคือความเสียหายแบบน็อคออน ซึ่งลำแสงอิเล็กตรอนที่รุนแรงสามารถเปลี่ยนตำแหน่งของอะตอม

ในตัวอย่างได้ความเสียหายหรือการแก้ปัญหาผู้นำการวิจัยอธิบายว่า “การลดปริมาณอิเล็กตรอนจะจำกัดความเสียหายของตัวอย่าง แต่ยังเป็นโอกาสในการดึงข้อมูลที่เป็นประโยชน์จากภาพ ซึ่งจะมีความละเอียดที่แย่ลง” “นี่เป็นเพราะการมีอยู่ของสัญญาณรบกวนปัวซอง ซึ่งผลกระทบจะเพิ่มขึ้น

เนื่องจากสัญญาณรบกวนปัวซองเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของลำแสงอิเล็กตรอน จึงไม่สามารถแก้ไขได้ง่ายๆ โดยการปรับเครื่องมือ STEM เช่นเดียวกับสัญญาณรบกวนประเภทอื่นๆ ในการศึกษาของพวกเขา และเพื่อนร่วมงานมองไปที่อัลกอริธึมการเรียนรู้ของเครื่อง ซึ่งเป็นระบบที่เรียนรู้การทำงาน

โดยการประมวลผลข้อมูลการฝึกอบรม ในกรณีนี้ ทีมสำรวจว่าอัลกอริทึมการเรียนรู้ของเครื่องสามารถฝึกฝนเพื่อลดสัญญาณรบกวนในภาพ STEM ที่สแกนด้วยลำแสงอิเล็กตรอนปริมาณต่ำได้หรือไม่ “โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เราได้ฝึกตัวเข้ารหัสอัตโนมัติบนชุดข้อมูลที่ทำจากภาพ STEM จำลอง โดยระมัดระวัง

ในการสะท้อน

การตั้งค่ากล้องจุลทรรศน์ที่เหมาะสมและความหลากหลายของตัวอย่างในชุดข้อมูลของเรา” โดยเฉพาะอย่างยิ่ง นักวิจัยดูแลเพื่อให้แน่ใจว่าข้อมูลเหล่านี้รวมถึงความเข้มของลำแสงอิเล็กตรอนที่หลากหลาย และข้อมูลการฝึกของพวกเขาไม่ได้เอนเอียงไปทางตัวอย่างที่มีโครงสร้างผลึกเป็นระยะ 

หลังจากฝึกอบรมโปรแกรมเข้ารหัสอัตโนมัติ และเพื่อนร่วมงานได้ทดสอบความสามารถในการลดสัญญาณรบกวนปัวซองโดยใช้ระบบเพื่อประมวลผลชุดอิมเมจ STEM จริงและเทียมจำนวนมากเมื่อพวกเขาเปรียบเทียบภาพก่อนและหลังการประมวลผลด้วยสายตา พวกเขาสังเกตเห็นว่าสัญญาณ

รบกวนลดลงอย่างชัดเจน ในการหาปริมาณของการปรับปรุงนี้ให้แม่นยำยิ่งขึ้น พวกเขาได้พัฒนาโปรโตคอลการเปรียบเทียบตามการแปลตำแหน่งของอะตอม ซึ่งจะประเมินตำแหน่งของอะตอมภายในตัวอย่าง เมื่อลดจำนวนอิเล็กตรอนที่ตกกระทบ” เมื่อเปรียบเทียบข้อมูลมาตรฐานเหล่านี้

กับผลการทดลอง นักวิจัยได้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อใช้โปรแกรมเข้ารหัสอัตโนมัติ “โดยสรุป เราได้แสดงให้เห็นว่าภาพที่ไม่มีสัญญาณรบกวนของเรามีข้อมูลที่แม่นยำกว่าภาพต้นฉบับ และภาพที่ประมวลผลด้วยวิธีการอื่นๆ”นอกจากการกำจัดเสียงรบกวนแล้ว 

แนวทางของทีมยังมีข้อดีอีกมากมายที่จะทำให้การผสานรวมเข้ากับเทคนิค STEM ที่มีอยู่เป็นเรื่องง่าย “อัลกอริธึมของเราไม่ต้องการการป้อนข้อมูลของมนุษย์หรือความรู้เดิมของข้อมูล สามารถนำไปใช้ได้โดยไม่จำเป็นต้องซื้ออุปกรณ์ราคาแพงเพิ่มเติมสำหรับกล้องจุลทรรศน์ และสามารถทำงานด้วยความเร็ว

ที่เข้ากันได้กับการรับข้อมูลสด” ในตอนนี้ ทีมงานหวังว่าตัวเข้ารหัสอัตโนมัติจะนำไปสู่โอกาสใหม่ในการตรวจสอบวัสดุอินทรีย์และตัวอย่างที่ละเอียดอ่อนอื่นๆ ในรายละเอียดในระดับที่ไม่เคยมีมาก่อน โดยไม่มีความเสี่ยงที่จะทำให้วัสดุเหล่านั้นเสียหาย ในช่วงต้นทศวรรษ 1950 ได้เริ่มสิ่งที่จะเป็นโครงการระยะยาว

ในอาชีพ

การงานของเธอ นั่นคือการสร้างภาพอย่างเป็นระบบของคุณสมบัติของนิวเคลียสที่ตื่นเต้นในตารางธาตุ แผนการของเธอที่จะทำงานในฟิสิกส์นิวเคลียร์ “พลังงานต่ำ” แตกต่างไปจากความสนใจที่เพิ่มขึ้นของสามีในฟิสิกส์ “พลังงานสูง” ซึ่งเครื่องเร่งอนุภาคใหม่ขนาดมหึมาได้ทำการตรวจสอบอนุภาคมูลฐาน 

ตามที่ลูกชายของพวกเขา เส้นทางที่แยกจากกัน ทำให้พ่อของเขาขาดความสามารถที่ยอดเยี่ยมในฐานะนักทดลอง แต่เขาเสริมว่า “การแตกแยกไม่ได้ขัดขวางการสนทนาบนโต๊ะอาหารของครอบครัวจากการมุ่งความสนใจไปที่ฟิสิกส์นิวเคลียร์เหมือนที่เคยเป็นมา ซึ่งทำให้เด็กๆ งงงันเป็นส่วนใหญ่” 

(ต่อมาเขาและอัลเฟรดต่างก็ได้รับปริญญาเอกในสาขาฟิสิกส์ของอนุภาคตามทฤษฎี)ในขณะนั้น พฤติกรรมของนิวเคลียสที่ตื่นเต้นเพิ่งเริ่มที่จะเข้าใจได้ ซุปของโปรตอนและนิวตรอนที่หนาแน่นนี้สามารถมองได้ว่าเป็นชุดของอนุภาคที่ยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงนิวเคลียร์ ก่อตัวเป็นสื่อที่มีพลังงานที่แสดงออก

ในการหมุนหรือการสั่นสะเทือนของร่างกายทั้งหมด อย่างไรก็ตาม ในรูปแบบที่เรียกว่า “แบบจำลองเปลือก” นิวเคลียสถูกมองว่าเป็นระบบควอนตัมที่นิวคลีออนครอบครองระดับพลังงาน คล้ายกับระดับที่ไม่ต่อเนื่องหรือ “เปลือก” ที่ครอบครองโดยอิเล็กตรอนในอะตอม แต่ละวิธีประสบความสำเร็จ 

การปฏิบัติต่อนิวเคลียสเสมือนเป็นของเหลวทำให้เกิดความเข้าใจว่านิวเคลียสสามารถเปลี่ยนรูปและเกิดฟิชชันได้อย่างไร แบบจำลองเปลือกทำนายว่านิวเคลียสมีจำนวนโปรตอนหรือนิวตรอนที่เฉพาะเจาะจงหรือ “มหัศจรรย์”(2, 8, 20, 28…) จะมีความเสถียรเป็นพิเศษ คล้ายกับเปลือกอิเล็กทรอนิกส์ที่เติมในอะตอมอีกครั้ง ที่ยั่งยืนในตัวเอง โดยหวังว่าพวกนาซีจะไม่หาคำตอบก่อน

Credit : เว็บสล็อตแท้ / สล็อตเว็บตรงไม่ผ่านเอเย่นต์