PACMAN ने DIII-D टोकामक में कई एआई नियंत्रण जोड़े

टोकामक में प्लाज़्मा को सीमित रखने के लिए उन बदलावों को सुधारना पड़ता है जो मिलीसेकंड में बढ़ सकते हैं। मशीन-लर्निंग मॉडल पहले से कुछ खास कार्यों का अनुमान या नियंत्रण कर सकते थे, लेकिन हर प्रदर्शन आम तौर पर एक अलग प्रणाली के रूप में मशीन तक पहुँचता था। Andrew Rothstein, Hiro Farre-Kaga, Egemen Kolemen और उनके सहयोगियों ने पूछा कि क्या कई मॉडल एक ही निदान संकेतों और क्रियान्वयकों का उपयोग करते हुए परस्पर विरोधी आदेशों से बच सकते हैं। उनका उत्तर PACMAN नामक संरचना थी, जिसका अंग्रेज़ी विस्तार Prediction And Control using MAchiNe learning है; इसे अमेरिका के DIII-D अनुसंधान टोकामक में लगाया गया।

PACMAN नियंत्रण को चार चरणों में व्यवस्थित करता है। पहले यह तापमान, घनत्व और चुंबकीय संकेतों सहित वास्तविक समय के माप इकट्ठा करता है और उनमें त्रुटियाँ जाँचता है। फिर हर कार्य के लिए चुने गए मॉडल प्लाज़्मा की मौजूदा अवस्था या निकट भविष्य के बदलाव का अनुमान लगाते हैं। नियंत्रक इन अनुमानों को ताप, गैस प्रविष्टि और अन्य क्रियान्वयकों के अनुरोधों में बदलते हैं। अंतिम परत टकराते अनुरोधों को सुलझाती है, उपकरण की भौतिक सीमाएँ लागू करती है और तभी आदेश भेजती है। पूरा सामान्य चक्र करीब 20 मिलीसेकंड लेता है और एक प्रायोगिक पल्स के दौरान बार-बार चलता है।

शोधपत्र DIII-D पर पाँच अलग अनुप्रयोगों का वर्णन करता है। एक पुनर्बलन-अधिगम नियंत्रक ने ताप प्रणालियाँ संभालीं; एक मॉडल ने प्लाज़्मा किनारे पर ऊर्जा विस्फोटों की संभावना आँकी; दूसरे ने तेज कणों से पैदा तरंगों का पता लगाकर उन्हें नियंत्रित किया; एक नियंत्रक ने घनत्व और घूर्णन की रूपरेखाओं को शोधकर्ताओं के लक्ष्यों की ओर बदला; और पाँचवें ने टियरिंग मोड का पहले से अनुमान लगाकर उसे टालने की कोशिश की। टियरिंग मोड एक चुंबकीय अस्थिरता है जो प्लाज़्मा को पुनर्गठित कर प्रदर्शन घटा सकती है। पाँचों कार्यों ने एक ही इनपुट, निर्णय और आउटपुट संरचना साझा की, लेकिन सभी क्षमताएँ एक ही समय पर एक परीक्षण में नहीं चलाई गईं।

टियरिंग-मोड प्रदर्शन में मॉडल यह संभावना निकालता था कि तय की जा सकने वाली समय-खिड़की के भीतर अस्थिरता उभरेगी। संभावना एक सीमा पार करती तो नियंत्रक माइक्रोवेव ताप को प्लाज़्मा के उपयुक्त हिस्से की ओर मोड़ देता। प्रयोगशाला के अनुसार अनुमान अपेक्षित अस्थिरता से लगभग 200 मिलीसेकंड पहले आया, जबकि पारंपरिक नियंत्रण सामान्यतः शुरुआत के बाद इसका पता लगाते हैं। इस बढ़त ने घटना शुरू होने के बाद दबाने के बजाय प्लाज़्मा को पहले बदलकर उसे टालना संभव बनाया।

ढाँचे ने छह जाइरोट्रॉन भी समन्वित किए। ये माइक्रोवेव स्रोत प्लाज़्मा को गर्म करते हैं; प्रणाली ने पहले से तय लक्ष्यों के लिए उनकी शक्ति और दर्पणों की दिशा बदली। मानव संचालक ही लक्ष्य चुनते रहे और पल्सों के बीच मानदंड तय करते रहे। कोई इनपुट विफल होता तो उससे जुड़ा नियंत्रक नया अनुरोध नहीं भेजता; अंतिम परत हर आदेश को हार्डवेयर की सुरक्षित सीमा में रखती थी। इसलिए दिखाई गई स्वायत्तता तेज क्रियान्वयन की है, वैज्ञानिक लक्ष्य चुनने या टोकामक चलाने का निर्णय लेने की नहीं।

मुख्य प्रगति नियंत्रण इंजीनियरिंग में है: एक साझा बुनियादी ढाँचे ने अलग मॉडल स्वीकार किए, क्रियान्वयकों के टकराव सुलझाए और वास्तविक प्रयोगों में काम किया। इससे DIII-D पर नए एल्गोरिदम लगाने का श्रम घट सकता है। वही व्यवस्था दूसरे टोकामकों में तेज, स्थिर और सुरक्षित रहेगी या नहीं, इसके लिए नई स्थापना और परीक्षण चाहिए; प्रकाशित प्रयोगों ने शुद्ध ऊर्जा उत्पादन या भावी संलयन बिजलीघर का प्रदर्शन नहीं मापा।