Η τεχνητή νοημοσύνη (AI) και το cloud computing μεγάλης κλίμακας επιταχύνουν την αναζήτηση νέων υλικών μπαταριών. Μια ενισχυμένη με τεχνητή νοημοσύνη συνεργασία μεταξύ της Microsoft και του Εθνικού Εργαστηρίου Βορειοδυτικού Ειρηνικού (PNNL) έχει ήδη δημιουργήσει ένα πολλά υποσχόμενο νέο υλικό, το οποίο και τα δύο είναι μοιρασιά δημοσίως σήμερα.
Ανακάλυψαν ένα νέο είδος ηλεκτρολύτη στερεάς κατάστασης, το είδος του υλικού που θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια μπαταρία που είναι λιγότερο πιθανό να εκραγεί σε φλόγες από τις σημερινές μπαταρίες ιόντων λιθίου. Χρησιμοποιεί επίσης λιγότερο λίθιο, το οποίο γίνεται όλο και πιο δύσκολο να επιτευχθεί καθώς η ζήτηση για επαναφορτιζόμενες μπαταρίες EV αυξάνεται στα ύψη.
Υπάρχει ακόμη πολύς δρόμος μπροστά για να δούμε πόσο βιώσιμο είναι αυτό το υλικό ως εναλλακτική λύση στις παραδοσιακές μπαταρίες ιόντων λιθίου. Αυτό για το οποίο ενθουσιάζονται περισσότερο οι επιστήμονες είναι η δυνατότητα της γενετικής τεχνητής νοημοσύνης να επιταχύνει το έργο τους. Αυτή η ανακάλυψη είναι μόνο η πρώτη από τα πολλά υλικά που θα δοκιμάσουν σε αναζήτηση καλύτερης μπαταρίας.
«Εάν μπορούμε να δούμε αυτό το είδος επιτάχυνσης, το στοίχημά μου θα ήταν ότι αυτός είναι ο τρόπος του μέλλοντος για να βρούμε αυτού του είδους τα υλικά».
«Το μεγάλο σημείο που πρέπει να επισημάνουμε είναι η ταχύτητα με την οποία φτάσαμε σε μια νέα ιδέα, ένα νέο υλικό. Αν μπορούμε να δούμε αυτό το είδος επιτάχυνσης, το στοίχημά μου θα ήταν ότι αυτός είναι ο τρόπος του μέλλοντος για να βρούμε αυτά τα είδη υλικών», λέει ο Karl Mueller, φυσικοχημικός και διευθυντής γραφείου ανάπτυξης προγράμματος στο PNNL.
Η Microsoft επικοινώνησε με τους ερευνητές του PNNL πέρυσι για να προσφέρει το Azure Quantum Elements (AQE), μια πλατφόρμα που συνδυάζει υπολογιστές υψηλής απόδοσης και AI — και τελικά, κβαντικούς υπολογισμούς, σύμφωνα με τη Microsoft. Η εταιρεία το κυκλοφόρησε πέρυσι ως εργαλείο προσαρμοσμένο για ανακαλύψεις στη χημεία και την επιστήμη των υλικών.
Οι ερευνητές ζήτησαν από το AQE για υλικά μπαταριών που χρησιμοποιούν λιγότερο λίθιο και πρότειναν γρήγορα 32 εκατομμύρια διαφορετικούς υποψήφιους. Από εκεί, το σύστημα τεχνητής νοημοσύνης έπρεπε να διακρίνει ποιο από αυτά τα υλικά θα ήταν αρκετά σταθερό για χρήση — το οποίο κατέληξε να είναι περίπου 500.000. Χρησιμοποίησαν περισσότερα φίλτρα για να συμπεράνουν πόσο καλά κάθε υλικό μπορεί να μεταφέρει ενέργεια, να προσομοιώσουν πώς κινούνται άτομα και μόρια μέσα σε κάθε υλικό και να υπολογίσουν πόσο πρακτικός θα ήταν κάθε υποψήφιος όσον αφορά το κόστος και τη διαθεσιμότητα.
Τελικά έμειναν μόλις 23 υποψήφιοι, εκ των οποίων οι πέντε ήταν ήδη γνωστά υλικά. Όλη η κατάρριψη διήρκεσε μόλις 80 ώρες – ένα κατόρθωμα τόσο γρήγορο που θα ήταν σχεδόν αδύνατο χωρίς AI και AQE.
«Τριάντα δύο εκατομμύρια είναι κάτι που δεν θα μπορούσαμε ποτέ να κάνουμε… Φανταστείτε έναν άνθρωπο να κάθεται και να περνάει από 32 εκατομμύρια υλικά και να επιλέγει ένα ή δύο από αυτά. Απλώς δεν πρόκειται να συμβεί», λέει ο Vijay Murugesan, επιστήμονας του προσωπικού και επικεφαλής της ομάδας επιστημών υλικών στο PNNL.
Το PNNL συνέθεσε έναν πολλά υποσχόμενο υποψήφιο από αυτήν την αναζήτηση για να το δοκιμάσει. Κατάφεραν να παράγουν μια μπαταρία που λειτουργούσε από αυτήν και να τη χρησιμοποιήσουν για να τροφοδοτήσουν έναν λαμπτήρα και ένα ρολόι. Εκατοντάδες πρωτότυπες μπαταρίες θα χρειαστεί να δοκιμαστούν και να τροποποιηθούν για να αποδειχθεί αυτό το νέο υλικό. Επομένως, μην περιμένετε να βγει στα ράφια των καταστημάτων σύντομα – έχει γίνει άφθονη έρευνα σχετικά με πολλά υποσχόμενα νέα υλικά που δεν θα κυκλοφορήσουν ποτέ στην αγορά.
Αυτό που είναι συναρπαστικό με τον συγκεκριμένο υποψήφιο είναι ότι χρησιμοποιεί έναν συνδυασμό λιθίου και νατρίου, ένα άφθονο στοιχείο και το κύριο συστατικό του αλατιού. Η Microsoft λέει ότι το νέο υλικό θα μπορούσε να μειώσει την ποσότητα νατρίου που χρησιμοποιείται σε μια μπαταρία έως και 70%.
Επιπλέον, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία μιας μπαταρίας στερεάς κατάστασης που είναι πιο ασφαλής από τις σημερινές μπαταρίες ιόντων λιθίου που κατασκευάζονται με υγρούς ηλεκτρολύτες που είναι πιο επιρρεπείς σε υπερθέρμανση. Το δύσκολο μέρος είναι ότι οι στερεοί ηλεκτρολύτες γενικά δεν ήταν τόσο καλοί στην αγωγή της ενέργειας όσο οι υγροί αντίστοιχοι. Αυτή είναι μια πρόκληση που οι ερευνητές εξακολουθούν να προσπαθούν να ξεπεράσουν με αυτό το νέο υλικό, καθώς κατέληξε να δείχνει χαμηλότερη αγωγιμότητα σε εργαστηριακές δοκιμές από ό,τι είχε αρχικά προβλεφθεί.
Ευτυχώς, υπάρχουν ακόμη άλλοι πολλά υποσχόμενοι υποψήφιοι για να φτιάξουν και να δοκιμάσουν οι ερευνητές καθώς προσπαθούν να δημιουργήσουν την επόμενη γενιά μπαταριών που χρειάζονται για να τροφοδοτήσουν τον κόσμο με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Λάβετε υπόψη ότι η γενετική τεχνητή νοημοσύνη έχει α αυξανόμενες περιβαλλοντικές επιπτώσεις η ίδια, ιδιαίτερα οι εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου που σχετίζονται με όλη την ενέργεια που καίγεται από τους υπολογιστές. Αυτό καθιστά σημαντική την ταυτόχρονη αύξηση της ενεργειακής απόδοσης των υπολογιστών και τη λειτουργία κέντρων δεδομένων για καθαρή ενέργεια — η οποία απαιτεί καλύτερες μπαταρίες.
«Πρέπει πραγματικά να συμπιέσουμε τα επόμενα 250 χρόνια της επιστήμης των υλικών της χημείας στις επόμενες δύο δεκαετίες, σωστά; Και αυτό γιατί θέλουμε να σώσουμε τον πλανήτη μας», λέει η Krysta Svore, η οποία ηγείται του Microsoft Quantum – Redmond (QuArC) ομάδα στη Microsoft Research. «Όπως μπορείτε να δείτε από αυτά τα αποτελέσματα, η τεχνητή νοημοσύνη και οι υπολογιστές υψηλής απόδοσης μαζί μπορούν να επιταχύνουν αυτήν την επιστημονική ανακάλυψη».