Bermain dengan api: Para ilmuwan menggunakan pembelajaran mendalam untuk mengubah nyala lilin menjadi musik

Bermain dengan api: Para ilmuwan menggunakan pembelajaran mendalam untuk mengubah nyala lilin menjadi musik

Dia tidak menyalakan api —

Markus Buehler dari MIT juga membangun sistem untuk mengubah bahasa menjadi 3D- bahan cetak.

Jennifer Ouellette

Fisikawan abad ke-19 Michael Faraday dikenal tidak hanya karena kontribusi eksperimentalnya yang mani terhadap elektromagnetisme tetapi juga karena pidatonya di depan umum. Ceramah Natal tahunannya di Royal Institution berkembang menjadi tradisi liburan yang berlanjut hingga hari ini. Salah satu ceramah Natalnya yang paling terkenal berkaitan dengan sejarah kimia lilin. Faraday mengilustrasikan poin-poinnya dengan eksperimen sederhana: Dia menempatkan lilin di dalam kaca lampu untuk menghalangi angin sepoi-sepoi dan mencapai “api yang tenang”. Faraday kemudian menunjukkan bagaimana bentuk api itu berkedip dan berubah dalam menanggapi gangguan.

“Anda tidak boleh membayangkan, karena Anda melihat lidah-lidah ini sekaligus, bahwa nyala api itu berbentuk khusus ini,” Faraday mengamati. “Nyala api dengan bentuk itu tidak pernah begitu pada satu waktu. Tidak pernah ada badan api, seperti yang baru saja Anda lihat naik dari bola, dari bentuknya yang tampak bagi Anda. Ini terdiri dari banyak bentuk yang berbeda, berturut-turut satu sama lain begitu cepat sehingga mata hanya bisa melihat mereka semua sekaligus.”

Sekarang, para peneliti MIT telah membawa eksperimen sederhana Faraday ke abad ke-21. Markus Buehler dan postdoc-nya, Mario Milazzo, menggabungkan pencitraan resolusi tinggi dengan pembelajaran mesin yang mendalam untuk mensonifikasi satu nyala lilin. Mereka kemudian menggunakan nyala api tunggal itu sebagai blok bangunan dasar, menciptakan “musik” dari dinamikanya yang berkedip-kedip dan merancang struktur baru yang dapat dicetak 3D menjadi objek fisik. Buehler menjelaskan ini dan pekerjaan terkait lainnya pada pertemuan American Physical Society minggu lalu di Chicago.

The dynamics of a flickering candle flame. Researchers use deep learning to first explore what the vibration of a single flame sounds like and then generalize the approach to a larger fire that creates an ensemble of sounds.

Perbesar

/

MITThe dynamics of a flickering candle flame. Researchers use deep learning to first explore what the vibration of a single flame sounds like and then generalize the approach to a larger fire that creates an ensemble of sounds.

Seperti yang telah kami laporkan sebelumnya, Buehler mengkhususkan diri dalam mengembangkan model AI untuk merancang protein baru. Dia mungkin paling dikenal karena menggunakan sonifikasi untuk menerangi detail struktural yang mungkin terbukti sulit dipahami. Buehler menemukan bahwa elemen hierarkis komposisi musik (pitch, range, dynamics, tempo) analog dengan elemen hierarkis struktur protein. Sama seperti bagaimana musik memiliki jumlah nada dan akord yang terbatas dan menggunakan kombinasi yang berbeda untuk membuat musik, protein memiliki jumlah blok pembangun yang terbatas (20 asam amino) yang dapat digabungkan dengan berbagai cara untuk membuat struktur protein baru dengan sifat unik. Setiap asam amino memiliki tanda suara tertentu, mirip dengan sidik jari.

Beberapa tahun yang lalu, Buehler memimpin tim ilmuwan MIT yang memetakan struktur molekul protein dalam benang sutra laba-laba ke dalam teori musik untuk menghasilkan “suara” sutra. Harapannya adalah untuk membangun cara baru yang radikal untuk membuat protein desainer. Karya itu mengilhami pameran seni sonifikasi, “Spider’s Canvas,” di Paris pada tahun 2018. Artis Tomas Saraceno bekerja dengan para insinyur MIT untuk membuat instrumen mirip harpa interaktif yang terinspirasi oleh jaring Cyrtophora citricola laba-laba, dengan setiap helai di “jaring” disetel ke nada yang berbeda. Gabungkan not tersebut dalam berbagai pola dalam struktur 3D web, dan Anda dapat menghasilkan melodi.

Pada tahun 2019, tim Buehler mengembangkan sistem yang lebih canggih untuk membuat musik dari struktur protein—dan kemudian mengubah musik kembali untuk membuat protein baru yang tidak terlihat di alam. Tujuannya adalah untuk belajar membuat jaring laba-laba sintetis serupa dan struktur lain yang meniru proses laba-laba. Dan pada tahun 2020, tim Buehler menerapkan pendekatan yang sama untuk memodelkan sifat getaran protein lonjakan yang bertanggung jawab atas tingkat penularan yang tinggi dari virus corona baru (SARS-CoV-2).

Assembly simulation of flames into a princess in a fairytale garden.

Memperbesar / Gambar nyala api yang dirender pembelajaran mesin dan fabrikasi cetak 3D-nya.

Markus Buehler