Исследователи Принстонской лаборатории физики плазмы Министерства энергетики США и Принстонского университета разработали программную платформу PACMAN, которая использует искусственный интеллект для управления термоядерными системами. Она принимает решения за несколько миллисекунд — значительно быстрее человека, — при этом сохраняет аппаратные ограничения безопасности и оставляет специалистам возможность задавать цели эксперимента.
Название PACMAN расшифровывается как Prediction And Control using MAchiNe learning (прогнозирование и управление с помощью машинного обучения). Работу платформы проверили в пяти экспериментах на токамаке DIII-D Национального термоядерного комплекса в Сан-Диего. Описание системы и первые результаты опубликованы в журнале Nuclear Fusion, сообщает ScienceDaily.
В токамаке плазма удерживается мощными магнитными полями. Для поддержания термоядерной реакции необходимо одновременно контролировать ее температуру, плотность и устойчивость, регулируя нагрев, магниты и подачу газа. Даже небольшие возмущения могут за миллисекунды усилиться и нарушить работу установки, тогда как традиционные компьютерные расчеты поведения плазмы занимают от нескольких дней до нескольких месяцев.
PACMAN объединяет несколько моделей машинного обучения в едином цикле управления, который обычно выполняется примерно за 20 миллисекунд. Система получает данные о температуре, плотности и магнитных сигналах, проверяет их, после чего модели оценивают текущее состояние плазмы и возможное развитие событий. Контроллеры на основе этих прогнозов формируют команды, а финальный модуль устраняет противоречия между ними, применяет ограничения безопасности и передает разрешенные действия токамаку.
Во время испытаний платформа передала искусственному интеллекту полный контроль над системами нагрева, спрогнозировала резкие выбросы энергии на краю плазмы и управляла волнами, вызванными быстрыми частицами. Кроме того, PACMAN регулировала плотность и вращение плазмы, а также предсказала нестабильность типа tearing mode (разрыва магнитных поверхностей) примерно за 200 миллисекунд до ее возникновения, что позволило предотвратить развитие явления.
Система также одновременно управляла шестью гиротронами — установками, нагревающими плазму мощными микроволновыми пучками. Она в реальном времени меняла мощность устройств и положение их зеркал для достижения заданных исследователями параметров. Разработчики подчеркивают, что PACMAN не исключает человека из процесса: аппаратные ограничения действуют независимо от рекомендаций искусственного интеллекта, а специалисты после каждого эксперимента анализируют результаты и корректируют алгоритмы.