Máy tính thử 100 triệu cách in, người chỉ làm 40 lần

Hãy tưởng tượng bạn phải tìm một chiếc chìa khoá đúng trong một cái hộp đựng hơn 100 triệu chiếc chìa. Mỗi lần thử một chiếc, bạn tốn hàng trăm đô la tiền vật liệu. Thử xong còn phải mất mấy ngày mới biết chiếc đó có mở được hay không. Bạn sẽ sống bao nhiêu năm mới thử hết?

Một nhóm nghiên cứu ở Washington State University vừa gặp đúng bài toán đó. Họ thử 40 lần. Và họ tìm được 6 chiếc chìa mở được.

Chuyện gì đã xảy ra

Thứ họ muốn làm ra là một loại kim loại tên GRCop-42. Đây là một hợp kim, tức là kim loại pha trộn từ nhiều thứ, ở đây gồm đồng, crôm và niobi. NASA tạo ra nó cho những nơi vừa nóng khủng khiếp vừa cần tản nhiệt thật nhanh. Nó dẫn nhiệt rất tốt mà vẫn cứng khi bị nung ở nhiệt độ cực cao. Chỗ dùng nó rõ nhất là buồng đốt của động cơ tên lửa chạy nhiên liệu lỏng, nơi lửa cháy để đẩy cả con tàu bay lên.

Vấn đề nằm ở khâu chế tạo. Người ta làm ra nó bằng máy in 3D kim loại. Máy này rải một lớp bột kim loại thật mỏng, rồi dùng tia laze nung chảy đúng những chỗ cần, xong lại rải lớp tiếp theo. Cứ thế từng lớp một, món đồ mọc dần lên.

Nhưng GRCop-42 rất khó in. Nó đòi tia laze mạnh, tốn nhiều điện, nên chỉ vài nơi có máy đủ khoẻ mới làm nổi. Theo giáo sư Jana Doppa, người dẫn dắt nghiên cứu, 90% máy in thương mại ngoài thị trường không in được hợp kim này. Những lần thử trước đó bằng máy công suất thấp đều thất bại.

Nhóm bắt đầu từ một chỗ nghe có vẻ không hứa hẹn gì: 37 lần in đã hỏng trong các thí nghiệm trước. Họ dùng trí tuệ nhân tạo (artificial intelligence), tức phần mềm biết học từ dữ liệu để tự rút ra quy luật, cho máy học từ đúng 37 lần hỏng đó. Từ đó máy đoán xem một bộ thông số chưa ai thử thì khả năng in thành công là bao nhiêu, rồi gợi ý từng nhóm nhỏ để đem đi in thật.

Nathaniel Zuckschwerdt, Susmita Bose và Amit Bandyopadhyay lo phần in và soi mẫu. Azza Fadhel, nghiên cứu sinh và là tác giả đầu của bài báo, kể rằng có cấu hình in ra thì sản phẩm chảy nhũn, không thành hình gì cả. Aryan Deshwal ở University of Minnesota cũng tham gia. Sau ba tháng và đúng 40 thí nghiệm, họ tìm được 6 cách in chạy được. Lần đầu tiên, GRCop-42 được in ở mức laze 500 oát, thấp hơn hẳn mức thường phải dùng.

Vì sao chuyện này khó

Điều làm bài toán này hóc búa không phải là con số 100 triệu. Máy tính đếm tới 100 triệu trong chớp mắt. Cái khó là mỗi lần thử chỉ trả về một tin duy nhất: được, hoặc không được.

Bạn hãy so với trò chơi nóng lạnh. Nếu bạn đi tìm đồ vật giấu trong nhà mà mỗi bước có người nói "nóng hơn rồi" hay "lạnh đi rồi", bạn sẽ mò ra khá nhanh, vì bạn biết mình đang đi đúng hướng hay sai hướng. Còn ở đây thì không có nóng lạnh gì hết. Bản in hoặc thành, hoặc hỏng. Một bản in hỏng không nói cho bạn biết bạn hỏng ít hay hỏng nhiều.

Doppa gọi đây là ca rất khó cho trí tuệ nhân tạo. Số cách in được thì cực hiếm giữa hơn 100 triệu cách, giống mấy cây kim trong một đống rơm khổng lồ, mà mục tiêu là tìm ra kim với ít lần thò tay nhất có thể.

Cách máy làm là cân giữa hai việc. Việc thứ nhất là thử tiếp quanh những chỗ trông có vẻ ngon, vì gần một chỗ ổn thì thường có chỗ ổn khác. Việc thứ hai là cố tình thử vào những vùng nó chưa biết gì, dù chưa chắc thành công, chỉ để hiểu thêm bản đồ. Nếu chỉ làm việc thứ nhất, nó sẽ quẩn quanh một góc và bỏ sót cả những vùng còn lại. Nếu chỉ làm việc thứ hai, nó đi lang thang mãi không tới đích.

Và đây là chỗ đáng nghĩ nhất: một lần in hỏng vẫn là thông tin có ích. Fadhel nói rằng cô thích tất cả các kết quả gửi về, kể cả kết quả thất bại, vì mỗi kết quả đều làm mô hình khôn ra một chút. Thất bại đã gạch bỏ một vùng khỏi bản đồ. Vùng đó không cần tìm nữa.

Vậy in được ở công suất thấp thì được gì? Trước hết là đỡ tốn điện, đỡ làm mòn máy, và đỡ tốn công xử lý mẫu sau khi in. Nhưng cái lớn hơn nằm ở chỗ khác. Nếu chỉ máy laze cực mạnh mới in nổi thứ kim loại này, thì chỉ vài nơi giàu có mới được động vào nó. Khi máy in phổ thông cũng làm được, các trường đại học, phòng thí nghiệm nhỏ và những xưởng bình thường đều có cửa. Doppa gọi đó là dân chủ hoá việc in hợp kim này. Một vật liệu thôi ngồi trong tủ kính, và bước ra để nhiều người thử nghiệm với nó.

Nghĩ tiếp

Điểm hay của cách làm này là nó không dính chặt vào kim loại. Nhóm nghiên cứu cho rằng nó dùng được cho các hợp kim khác, và rộng hơn nữa là cho bất kỳ bài toán nào có ba đặc điểm: số cách thử thì khổng lồ, cách đúng thì cực hiếm, và mỗi lần thử thì đắt. Việc tìm thuốc mới cũng nằm trong nhóm đó.

Bạn thử nghĩ xem, trong đời mình có việc nào giống vậy không. Một bài toán khó mà bạn cứ thử bừa từng cách? Một công thức nấu ăn bạn muốn chỉnh cho vừa miệng?

Có một trò chơi thử được ngay ở nhà để thấy sự khác nhau. Nhờ người nhà nghĩ một số từ 1 đến 100 và không nói ra. Vòng đầu, bạn đoán bừa, mỗi lần chỉ được trả lời đúng hoặc sai. Đếm xem mất bao nhiêu lần. Vòng sau, bạn được hỏi "lớn hơn hay nhỏ hơn 50", rồi cứ mỗi lần đoán lại chia đôi khoảng còn lại. Đếm lại số lần. Bạn sẽ thấy vòng sau thường xong trong khoảng bảy lần đoán.

Khác biệt không nằm ở chỗ bạn may hơn. Nó nằm ở chỗ mỗi câu hỏi bạn đặt ra đã cắt bỏ được bao nhiêu khả năng sai. Đó cũng đúng là việc mà chiếc máy kia đã làm với 100 triệu cách in.

Lưu ý

Bài viết dựa trên tin khoa học đã công bố, viết lại cho bạn đọc nhỏ tuổi. Có chỗ nào con muốn tìm hiểu thêm thì rủ bố mẹ đọc cùng nhé.