在一个非常冷的真空室中，单个银原子形成星状晶格。精确的阵法并非偶然，也不是人手直接构建的。研究人员使用一种称为深度强化学习的人工智能来引导原子，每个原子的大小只有几分之一纳米，进入晶格形状。这个过程类似于在中国跳棋盘上移动弹珠，但是用非常小的镊子抓住每个原子并将其拖到适当的位置。

博士后研究员I-JuChen表示，深度强化学习的主要应用是机器人技术。“我们也在构建具有深度学习的机械臂，但用于移动原子，”她解释道。“强化学习在下国际象棋或电子游戏方面很成功，但我们已将其应用于解决纳米级的技术问题。”

那么为什么科学家对精确移动的原子感兴趣呢?制造基于单个原子的小型设备对于晶体管或存储器等纳米设备非常重要。Chen说，这种原子操作的一个应用是测试这些设备如何以及是否在其绝对极限下工作。逐个原子地构建新材料，而不是通过传统的化学技术，也可能揭示与超导性或量子态相关的有趣特性。

芬兰人工智能中心FCAI和阿尔托大学的Chen及其同事制作的银星格展示了深度强化学习可以实现的目标。“即使对于人类专家来说，原子的精确运动也很难，”陈说。“我们为此目的调整了现有的深度强化学习。算法花了大约一天的时间来学习，然后大约花了一个小时来构建格子。”这种类型的深度学习的强化部分指的是如何引导人工智能——通过对正确行为或输出的奖励。“给它一个目标，它就会做到。它可以解决人类不知道如何解决的问题。”

将这种方法应用于纳米科学材料领域是全新的。Chen说，通过注入机器学习，纳米技术可以变得更加强大，因为它可以加速通常由人完成的参数选择和反复试验。“我们证明了这项任务可以通过强化学习完美地完成，”Chen总结道。该小组的研究由AdamFoster教授和PeterLiljeroth教授领导，最近发表在NatureCommunications上。