NeuDiff Agent: 단결정 중성자 회절 분석을 위한 AI 기반의 관리형 워크플로우

NeuDiff Agent: A Governed AI Workflow for Single-Crystal Neutron Crystallography

대규모 시설에서는 특히 구조적, 자기적으로 복잡한 시료의 경우 반복적인 데이터 처리, 적분, 정제 및 검증 과정에서 분석 및 보고 지연이 과학적 생산성을 제한하는 주요 요인이 되고 있습니다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 연구에서는 Spallation Neutron Source의 TOPAZ 장비에서 사용될 수 있는 NeuDiff Agent라는 AI 기반의 관리형 워크플로우를 소개합니다. NeuDiff Agent는 장비에서 생성된 데이터를 처리하여 검증된 결정 구조와 출판 가능한 CIF 파일을 생성하는 일련의 과정을 수행합니다. NeuDiff Agent는 허용된 도구만 사용하도록 제한하고, 주요 워크플로우 단계에서 오류 발생 시 자동으로 중단되도록 설계되었으며, 모든 데이터 처리 과정을 기록하여 검토, 감사 및 재현 가능성을 보장합니다. NeuDiff Agent의 성능은 표준화된 방법으로 평가되었으며, 두 가지 대규모 언어 모델 백엔드를 사용하여 전체 프로세스를 반복적으로 실행했습니다. 사용자 및 시스템 시간을 분리하여 측정하고, 워크플로우 중단 시의 개입 빈도와 복구 과정을 분석했습니다. 기준 테스트 결과, NeuDiff Agent는 처리 시간을 435분(수동 방식)에서 86.5(4.7)분에서 94.4(3.5)분으로 단축하여 4.6~5.0배 빠른 속도를 보여주었으며, 검증된 CIF 파일을 생성하면서 checkCIF 레벨 A 또는 B 경고가 발생하지 않았습니다. 이러한 결과는 시설 내 결정 분석에 AI를 적용하는 실질적인 방법을 제시하며, 데이터 추적 가능성과 출판 검증 요구 사항을 동시에 충족할 수 있음을 보여줍니다.

Large-scale facilities increasingly face analysis and reporting latency as the limiting step in scientific throughput, particularly for structurally and magnetically complex samples that require iterative reduction, integration, refinement, and validation. To improve time-to-result and analysis efficiency, NeuDiff Agent is introduced as a governed, tool-using AI workflow for TOPAZ at the Spallation Neutron Source that takes instrument data products through reduction, integration, refinement, and validation to a validated crystal structure and a publication-ready CIF. NeuDiff Agent executes this established pipeline under explicit governance by restricting actions to allowlisted tools, enforcing fail-closed verification gates at key workflow boundaries, and capturing complete provenance for inspection, auditing, and controlled replay. Performance is assessed using a fixed prompt protocol and repeated end-to-end runs with two large language model backends, with user and machine time partitioned and intervention burden and recovery behaviors quantified under gating. In a reference-case benchmark, NeuDiff Agent reduces wall time from 435 minutes (manual) to 86.5(4.7) to 94.4(3.5) minutes (4.6-5.0x faster) while producing a validated CIF with no checkCIF level A or B alerts. These results establish a practical route to deploy agentic AI in facility crystallography while preserving traceability and publication-facing validation requirements.