美國(guó)能源部最近宣布為包括卡內(nèi)基梅隆大學(xué)在內(nèi)的 13 個(gè)機(jī)構(gòu)的 9 個(gè)項(xiàng)目提供 1600 萬美元的資助，這些項(xiàng)目旨在建立開發(fā)聚變能源所需的科學(xué)基礎(chǔ)。這些項(xiàng)目的重點(diǎn)是推進(jìn)創(chuàng)新聚變技術(shù)以及在小規(guī)模實(shí)驗(yàn)和位于圣地亞哥的 DIII-D 國(guó)家聚變?cè)O(shè)施上的合作研究 ，該設(shè)施是美國(guó)最大的托卡馬克裝置。CMU 將在三年內(nèi)收到約 120 萬美元。

美國(guó)能源部科學(xué)辦公室副主任讓·保羅·阿蘭 (Jean Paul Allin) 表示：“在為聚變能源奠定科學(xué)基礎(chǔ)的同時(shí)，我們還必須提高現(xiàn)有聚變技術(shù)的成熟度，并探索有可能徹底改變聚變領(lǐng)域的全新創(chuàng)新。”DIII-D的廣泛能力使其成為追求具有巨大潛力但還不夠成熟、無法被私營(yíng)部門采用的領(lǐng)域的理想設(shè)施。

當(dāng)氫原子核撞擊或融合在一起時(shí)，就會(huì)發(fā)生核聚變。這個(gè)過程釋放了大量的能量，但要維持在電網(wǎng)所需的水平仍然具有挑戰(zhàn)性。一種產(chǎn)生核聚變的方法是利用磁場(chǎng)在所需的溫度和壓力下容納氫等離子體，以實(shí)現(xiàn)核聚變。這個(gè)過程發(fā)生在托卡馬克裝置內(nèi)——托卡馬克裝置是一種大型機(jī)器，利用磁場(chǎng)將氫等離子體限制在一個(gè)稱為環(huán)面的甜甜圈形狀中。遏制等離子體并保持其形狀需要對(duì)磁場(chǎng)和額外氫粒子的爆炸進(jìn)行數(shù)百次微操作。

美國(guó)能源部的資金將使機(jī)器人研究所的研究教授 Jeff Schneider 和他的團(tuán)隊(duì)能夠繼續(xù)使用機(jī)器學(xué)習(xí)控制聚變反應(yīng)的研究。

去年，施耐德指導(dǎo)的機(jī)器學(xué)習(xí)系博士生 Ian Char 使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)來控制 DIII-D 托卡馬克裝置的氫等離子體。Char 是第一個(gè)在備受追捧的機(jī)器上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的卡耐基梅隆大學(xué)研究人員，第一個(gè)使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)來影響托卡馬克等離子體旋轉(zhuǎn)的人，也是第一個(gè)在美國(guó)最大的運(yùn)行托卡馬克機(jī)器上嘗試強(qiáng)化學(xué)習(xí)的人。

施耐德和他的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在將嘗試開發(fā)一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以同時(shí)控制氫粒子的注入、等離子體的形狀及其電流和密度。開發(fā)這樣的系統(tǒng)對(duì)于 ITER 的發(fā)展至關(guān)重要，ITER 以前稱為國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆，這是一個(gè)國(guó)際核聚變研究項(xiàng)目，將于 2025 年竣工，成為世界上最大的托卡馬克裝置。

“擬議的工作將把機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的力量帶到 DIII-D 的等離子體控制中。這將為 ITER 的成功運(yùn)行奠定基礎(chǔ)，ITER 需要超出當(dāng)前能力的等離子體控制水平，并且還將擴(kuò)大對(duì)等離子體演化和不穩(wěn)定性的科學(xué)認(rèn)識(shí)。”施耐德說。“卡內(nèi)基梅隆大學(xué)正在利用其在機(jī)器學(xué)習(xí)方面的專業(yè)知識(shí)來幫助全球科學(xué)界利用清潔、豐富的新能源。”

與過去一樣，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)團(tuán)隊(duì)將與普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室和斯坦福大學(xué) SLAC 國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室合作開展這項(xiàng)工作。