Машинное обучение в расшифровке начального взаимодействия зонда атомно-силового микроскопа с поверхностью

Abstract

Достоверное определение начала контакта зонда атомно-силового микроскопа с поверхностью в силовых измерениях необходимо для изучения структурных и физико-механических свойств материалов. В экспериментах в воздушной среде переход от бесконтактного взаимодействия к контактному сопровождается резким ускоренным движением острия к поверхности. В случае деформируемой поверхности высокая скорость изгиба кантилевера на участке бесконтактного взаимодействия, с одной стороны, и относительно низкая частота записи данных атомно-силового микроскопа, с другой стороны, не позволяют определить начало контакта из эксперимента, опираясь на характерные точки силовой кривой. Для решения этой проблемы предлагается использовать алгоритмы машинного обучения, «натренированные» на решении множества модельных задач. Взаимодействие острия с поверхностью моделировали гармоническим осциллятором, варьируя параметры зонда, материала и динамические условия эксперимента. Использование разработанных алгоритмов продемонстрировано на примере обработки результатов индентирования полиэтилена. Полученные контактные отклонения не совпадают с имеющимися точками экспериментальных кривых.