AI reimagina detecção de ondas gravitacionais com designs inovadores
Eventos cósmicos extremos, como a colisão de buracos negros ou a explosão de estrelas, podem gerar ondulações no espaço-tempo, as chamadas ondas gravitacionais, que abriram uma nova janela para o universo. No entanto, detectar essas ondas requer detectores ultra-precisos, cujo desenvolvimento continua sendo um grande desafio científico.
Pesquisadores do Max Planck Institute for the Science of Light (MPL) estão investigando como um sistema de inteligência artificial pode explorar um espaço imensurável de possíveis designs para encontrar soluções completamente inovadoras. Os resultados foram publicados recentemente na revista Physical Review X.
Há mais de um século, Einstein previu teoricamente as ondas gravitacionais, mas somente em 2016 elas foram detectadas diretamente, devido à complexidade extrema envolvida na criação dos detectores necessários.
O Dr. Mario Krenn, responsável pelo grupo de pesquisa Artificial Scientist Lab no MPL, em colaboração com a equipe do LIGO (Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria a Laser), que desenvolveu com sucesso esses detectores, criou um algoritmo baseado em inteligência artificial chamado “Urania” para projetar novos detectores interferométricos de ondas gravitacionais.
A interferometria é um método de medição que utiliza a interferência de ondas, isto é, sua superposição quando se encontram. O design dos detectores exige a otimização tanto do layout quanto dos parâmetros. Os cientistas transformaram esse desafio em um problema de otimização contínua, solucionado por métodos inspirados nas modernas técnicas de aprendizado de máquina.
Foram identificados diversos novos designs experimentais que superam os melhores detectores de próxima geração conhecidos. Esses resultados têm o potencial de ampliar a faixa de sinais detectáveis em mais de uma ordem de magnitude.
De forma não convencional e criativa, Urania revelou soluções surpreendentes. Entre as propostas do algoritmo, os pesquisadores redescobriram técnicas consolidadas, mas também surgiram projetos não ortodoxos que podem revolucionar a tecnologia dos detectores. “Após cerca de dois anos de desenvolvimento e execução dos nossos algoritmos de IA, descobrimos dezenas de novas soluções que parecem superar os projetos experimentais desenvolvidos por cientistas. Nos perguntamos o que os humanos deixaram de perceber em comparação com a máquina”, afirma Krenn.
Para compreender melhor os truques, ideias e técnicas descobertos pela inteligência artificial — muitos dos quais ainda eram completamente inéditos —, a equipe expandiu sua abordagem científica e compilou 50 dos projetos com melhor desempenho em um “Detector Zoo” público, disponibilizando-os à comunidade científica para pesquisas futuras.
O estudo recentemente publicado demonstra que a IA pode revelar novos designs de detectores e inspirar pesquisadores a explorar ideias experimentais e teóricas inovadoras. De forma mais ampla, essa descoberta sugere que a inteligência artificial poderá desempenhar um papel fundamental na criação de futuras ferramentas para explorar o universo, desde as menores partículas até as maiores estruturas cósmicas.
“Estamos vivendo uma era em que as máquinas podem descobrir soluções super-humanas na ciência, e a tarefa dos cientistas será compreender o que a máquina realizou. Esse certamente será um aspecto de destaque no futuro da pesquisa”, conclui Krenn.
