Искусственный интеллект повышает точность измерения температуры при помощи люминесценции

Учёные ФИАН совместно с коллегами из МФТИ, МГУ и Университета Авейру (Португалия) представили новый подход к измерению температуры, объединяющий возможности машинного обучения и люминесцентных материалов. Их метод позволяет определять температуру с рекордной точностью, причем без прямого контакта с объектом – только по изменению цвета и интенсивности свечения вещества.

В основе — смешаннометаллический комплекс, содержащий ионы европия (Eu³⁺) и тербия (Tb³⁺). Эти редкоземы излучают свет разного цвета – красный и зелёный, соответственно. При изменении температуры соотношение зеленого и красного в общем свечении смешанного соединения меняется, позволяя связать каждый уникальный цвет с определенной температурой. Такое свечение можно использовать как оптический «термометр», фиксирующий даже малейшие колебания температуры.

Для описания зависимости люминесценции таких соединений от температуры широко используется модель Мотта-Зейтца, основанная на распределении Больцмана. Но она описывает лишь несколько самых базовых процессов переноса энергии, происходящих в молекуле, не учитывая множество сопутствующих процессов, имеющих сложное нелинейное поведение. В результате точность термометров оказывается невелика.

Чтобы повысить точность определения температуры, ученые применили алгоритмы глубокого обучения, заставив нейронную сеть распознавать сложные температурные зависимости прямо по люминесцентным спектрам. Более того, был выявлен наиболее подходящий для люминесцентной термометрии алгоритм машинного обучения, значительно превосходящий все остальные – одномерная сверточная нейронная сеть.

Результаты оказались впечатляющими: точность измерения температуры повысилась в 7 раз при чувствительности в 5.5% на К в широком диапазоне температур от 190 до 300 К. Такой семикратный рост точности позволяет говорить о новом поколении люминесцентных термометров, сочетающих физическую модель и предсказательную мощь искусственного интеллекта.

Результаты опубликованы в журнале Materials Chemistry Frontiers.

Источник: Пресс-служба ФИАН