Tecnologia Científica

O futuro da microscopia eletra´nica
Cientistas publicam um roteiro para aproveitar a ciência de dados e a inteligaªncia artificial para microscopia eletra´nica, desbloqueando todo o poder da ferramenta
Por Amy Weldon - 02/03/2021


Getty Images

Desde que entraram em uso em 1938, os microsca³pios eletra´nicos tem desempenhado um papel fundamental em uma sanãrie de avanços cienta­ficos, incluindo a descoberta de novas protea­nas e terapaªuticas e contribuições feitas para a revolução eletra´nica. Mas o campo da microscopia eletra´nica deve incorporar os últimos avanços em ciência de dados e inteligaªncia artificial para realizar todo o seu potencial nos pra³ximos anos, de acordo com uma equipe de pesquisa global coliderada por Mitra Taheri , professor de ciência de materiais e engenharia da Universidade Johns Hopkins Escola de Engenharia Whiting.

Em um comenta¡rio na Nature Materials , Taheri e a equipe discutem um modelo para uma arquitetura de microscopia aberta, altamente integrada e orientada por dados necessa¡ria para enfrentar os desafios futuros no campo, como armazenamento de energia, ciência da informação qua¢ntica e design de materiais. Eles recomendam uma abordagem que integra inteligaªncia artificial e aprendizado de ma¡quina em cada etapa do fluxo de trabalho da microscopia, permitindo experimentos e descobertas que não são possa­veis apenas com a tecnologia de microscopia de hoje.

"AS FERRAMENTAS DE INTELIGaŠNCIA ARTIFICIAL E APRENDIZADO DE MaQUINA NaƒO APENAS NOS PERMITEM GERENCIAR O FLUXO DE DADOS, MAS TAMBa‰M PERMITEM SOLUa‡a•ES DE MICROSCOPIA MAIS INOVADORAS NO FUTURO."

Mitra Taheri
Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais

"Para aproveitar totalmente os volumes sem precedentes de dados disponí­veis hoje, precisamos repensar completamente como a experimentação éconduzida em microscopia", disse Taheri, que dirige o Centro de Caracterização e Processamento de Materiais da Johns Hopkins. "Estamos nos aproximando rapidamente do ponto de saturação de dados. As ferramentas de inteligaªncia artificial e aprendizado de ma¡quina não apenas nos permitem gerenciar o fluxo de dados, mas também permitem soluções de microscopia mais inovadoras no futuro."

Na pea§a, os autores discutem como os microsca³pios atuais nos permitem dar uma espiada no mundo emnívelata´mico usando feixes de elanãtrons e revelando como a locomoção e as malformações daspartículas atômicas podem impactar materiais e processos qua­micos. A microscopia eletra´nica e as melhorias nos componentes dos instrumentos, como lentes eletromagnanãticas, trouxeram um longo caminho ao campo e estãopermitindo a extração de informações verdadeiramente estata­sticas profundas sobre processos muito complexos pela primeira vez. Embora seja uma a³tima nota­cia, os pesquisadores dizem que traz em foco as limitações da microscopia em seu estado atual. Em termos de análise de várias amostras representativas e integração de grandes volumes de dados multidimensionais de detectores de alta velocidade, a microscopia tradicional éum tanto limitada, afirmam.

"O campo como um todo ainda não adotou manãtodos de ciência de dados que revolucionaram outros doma­nios, como a crioanálise de parta­cula única e cristalografia de raios-X", explica Steven Spurgeon, cientista de materiais do Pacific Northwest National Laboratory e coautor do comenta¡rio . "Vocaª estãobebendo de uma mangueira de incaªndio quando o instrumento tira 1.000 imagens por segundo."

Taheri diz que repensar como a experimentação de microscopia éconduzida e incorporar esses manãtodos revoluciona¡rios de ciência de dados éa chave para desbloquear o poder total da microscopia eletra´nica e desempenhara¡ um papel crítico na realização dos objetivos da Materials Genome Initiative.

Os membros da equipe se reuniram durante o workshop de Microscopia Eletra´nica de Transmissão de Pra³xima Geração, ou NexTEM, que faz parte de uma sanãrie liderada por Taheri, Spurgeon e Demie Kepaptsoglou do SuperSTEM Daresbury no Reino Unido.

 

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