Инженеры в США провели пять живых тестов автоматизированной системы PACMAN, которая в реальном времени помогала стабилизировать термоядерный реактор. В одном из испытаний платформа заметила разрушительную нестабильность плазмы за 200 миллисекунд до её формирования и успела скорректировать параметры установки.
Тесты прошли на национальной термоядерной установке DIII-D в Сан-Диего. PACMAN расшифровывается как Prediction And Control using MAchiNe learning, то есть «предсказание и управление с использованием машинного обучения».
По данным исследования, опубликованного в Nuclear Fusion, платформа брала на себя сразу несколько сложных задач без участия человека. Она предупредила срыв плазмы и решила задачу оптимизации, для которой раньше не существовало одной рабочей формулы: синхронизировала работу всех шести гиротронов реактора, меняя углы зеркал и мощность лучей одновременно.
В других испытаниях модель обучения с подкреплением полностью управляла системами нагрева. PACMAN заранее прогнозировала внезапные всплески энергии на краю топлива. Стандартные контроллеры видят такие возмущения уже после начала проблемы и затем пытаются её подавить, что часто снижает эффективность реактора.
Разработчики описывают систему как конвейер из четырёх последовательных этапов. Сначала она получает сырые диагностические данные реактора, включая температуру, плотность и магнитные показатели.
Затем идёт блок проверки, который отбрасывает ошибки измерений и упаковывает очищенные данные. После этого специализированные алгоритмы машинного обучения извлекают нужные параметры и строят прогноз о том, что топливо сделает в ближайшее время.
На следующем шаге нижестоящие контроллеры превращают прогнозы в команды для оборудования, например для включения нагревательного луча. Финальный этап устраняет конфликты между командами, следит за жёсткими границами безопасности и отправляет сигналы прямо на реактор.
Соавтор работы Энди Ротштейн сказал, что весь цикл PACMAN обычно занимает около 20 миллисекунд и выполняется непрерывно. По его словам, система снова и снова фиксирует небольшие изменения в плазме и корректирует их так, как человек не смог бы сделать вручную.
Авторы исследования отдельно подчёркивают модульную схему платформы. Раньше проекты машинного обучения для термоядерного синтеза часто собирали заново под каждую задачу, а здесь отдельный алгоритм можно менять или заменять за несколько дней, не трогая остальную часть системы.
Обычные компьютерные симуляции плазмы точны, но могут выполняться днями или даже месяцами, тогда как живой эксперимент длится всего несколько минут. Машинное обучение даёт прогнозы за доли секунды и позволяет успевать за быстрыми изменениями в реакторе.
При этом люди из процесса не исчезают. Физики задают цели эксперимента, настраивают параметры между импульсами и используют жёсткие ограничения, чтобы защитить оборудование от повреждений.
Создатели PACMAN считают, что систему можно относительно легко перенести и на другие токамаки. В их описании она выглядит как адаптируемый стандарт управления для будущих коммерческих термоядерных установок.