Η Microsoft ανακοίνωσε την Τρίτη ότι μια ομάδα επιστημόνων χρησιμοποίησε τεχνητή νοημοσύνη και υπολογιστές υψηλής απόδοσης για να κοσκινίσει 32,6 εκατομμύρια πιθανά υλικά μπαταρίας – πολλά από τα οποία δεν υπάρχουν στη φύση – σε 80 ώρες, μια εργασία που η ομάδα εκτιμά ότι χρειάστηκε προηγουμένως 20 χρόνια. λαμβάνονται. Τα αποτελέσματα ξεκινούν μια φιλόδοξη προσπάθεια για τη δημιουργία μιας νέας γενιάς μπαταριών που εξαρτώνται λιγότερο από το τοξικό και ρυπογόνο λίθιο.
Η εταιρεία μοιράστηκε μερικούς από τους καλύτερους υποψηφίους με το κυβερνητικό Εθνικό Εργαστήριο Βορειοδυτικού Ειρηνικού στο Ρίτλαντ της Ουάσιγκτον, το οποίο εξέτασε τα πιο πολλά υποσχόμενα και κατασκεύασε ένα πρωτότυπο μπαταρίας από ένα ολοκαίνουργιο υλικό.
Εγγραφείτε στο ενημερωτικό δελτίο The Post Most για να λαμβάνετε τις πιο σημαντικές και ενδιαφέρουσες ιστορίες από την Washington Post.
Αν και το πρωτότυπο σε μέγεθος δεκάρας δεν είναι ακόμη έτοιμο να τροφοδοτήσει τα σημερινά ρολόγια και τα κλειδιά του αυτοκινήτου σε ώρα υψηλής απόδοσης, χρησιμοποιεί λιγότερο λίθιο από τις εμπορικά διαθέσιμες επιλογές και έχει τη δυνατότητα να φορτίζει ενέργεια. Επιπλέον, το επίτευγμα καταδεικνύει τις δυνατότητες των νέων τεχνολογιών να φέρουν επανάσταση στον υποτιμημένο αλλά ταχέως εξελισσόμενο τομέα της επιστήμης των υλικών.
«Δεν είναι πραγματικά υπερβολή να πούμε ότι σχεδόν κάθε σημαντικό πρόβλημα που αντιμετωπίζουμε ως κοινωνία θα μπορούσε να λυθεί, τουλάχιστον εν μέρει, με καλύτερα υλικά», δήλωσε ο Christopher M. Wolverton, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Northwestern’s Department of Materials Science and Engineering. Ο Wolverton, ο οποίος δεν συμμετείχε στο έργο μπαταριών της Microsoft, αλλά έχει δουλέψει ο ίδιος σε παρόμοια έργα, χαρακτήρισε «εκπληκτικό» τον ισχυρισμό της εταιρείας ότι είχε δει 32,6 εκατομμύρια υλικά σε 80 ώρες.
«Τριάντα δύο εκατομμύρια μου πείτε αμέσως ότι δεν παρουσιάστηκαν [just] γνωστά υλικά», πρόσθεσε. «Ερεύνησαν υποθετικά νέα υλικά που ήλπιζαν να ανακαλύψουν».
Όπως και άλλοι εξωτερικοί ειδικοί που πήραν συνέντευξη, μπόρεσε να δει δελτία τύπου από τη Microsoft και το Εθνικό Εργαστήριο Βορειοδυτικού Ειρηνικού, αλλά δεν μπόρεσε να δει την επιστημονική εργασία που περιγράφει την εργασία πριν από τη δημοσίευση. Το έγγραφο, το οποίο δεν έχει ακόμη υποβληθεί σε αξιολόγηση από ομοτίμους, δημοσιεύτηκε την Τρίτη στον επιστημονικό ιστότοπο προεκτύπωσης arXiv.
—-
Ισχυρή μίξη και ταίριασμα
Αν και οι εκτιμήσεις ποικίλλουν, οι ειδικοί γενικά πιστεύουν ότι υπάρχουν περίπου 200.000 γνωστά υλικά στον κόσμο και οι επιστήμονες υλικών συνεχίζουν να αναζητούν νέα υλικά που θα μπορούσαν να κρατήσουν το κλειδί για την επίλυση ορισμένων από τις σοβαρές προκλήσεις του πλανήτη μας.
Για την καταπολέμηση της κλιματικής αλλαγής, οι επιστήμονες πρέπει να βρουν τα καλύτερα υλικά για να συλλάβουν και να αποθηκεύσουν το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας. Για να περιοριστούν οι τεράστιες συσσωρεύσεις πλαστικών απορριμμάτων σε παραλίες που φράζουν τους χώρους υγειονομικής ταφής και θέτουν σε κίνδυνο την ανθρώπινη υγεία, οι επιστήμονες πρέπει να βρουν ασφαλείς τρόπους για να τα διασπάσουν σε καύσιμα και πρώτες ύλες. Προκειμένου να ανταποκριθούν γρήγορα σε νέα παθογόνα που θα μπορούσαν να προκαλέσουν μελλοντικές πανδημίες, οι επιστήμονες πρέπει να αναπτύξουν αποτελεσματικά φάρμακα που χρησιμοποιούν πρωτεΐνες για να επιτεθούν σε ιούς και βακτήρια ή για να τονώσουν την άμυνα του οργανισμού.
Όλα εξαρτώνται από την ανακάλυψη των σωστών υλικών, μια διαδικασία που επιβραδύνεται από προσεγγίσεις δοκιμής και λάθους που βασίζονται σε υποθέσεις.
Οι υπολογιστές υψηλής απόδοσης και η τεχνητή νοημοσύνη επιτρέπουν τώρα στους επιστήμονες να χρησιμοποιούν γρήγορα τα στοιχεία του περιοδικού πίνακα όπως ένας ζωγράφος θα χρησιμοποιούσε μια παλέτα χρωμάτων, αναμειγνύοντάς τα και καταλήγοντας σε νέες διαμορφώσεις.
«Αυτός είναι ένας νέος τρόπος για να κάνουμε επιστήμη», δήλωσε ο Nathan Baker, συγγραφέας της εργασίας και ανώτερος διευθυντής συνεργασιών για τη χημεία και τα υλικά στη Microsoft. Το έργο αξιοποίησε την πλατφόρμα Azure Quantum Elements της εταιρείας, που παρουσιάστηκε τον Ιούνιο, με στόχο τη χρήση προηγμένης υπολογιστικής ισχύος για την επιτάχυνση της διαδικασίας ανακάλυψης.
Ξεκινώντας με όλα τα γνωστά υλικά, ο Baker είπε: «Μπορούμε βασικά να αναζητήσουμε τον περιοδικό πίνακα και να ρίξουμε νέα άτομα σε αυτόν». [various] θέσεις μέσω μιας διαδικασίας αντικατάστασης.
Το Azure Quantum Elements εξάλειψε γρήγορα υλικά που είναι κακοί αγωγοί, πολύ ασταθή, πολύ αντιδραστικά ή πολύ ακριβά για χρήση σε μπαταρίες. Οι υπολογιστές υψηλής απόδοσης που χρησιμοποιούσε η Microsoft εκμεταλλεύτηκε ουσιαστικά την ισχύ περίπου 5.000 τυπικών φορητών υπολογιστών. Ο Μπέικερ τόνισε ότι μόλις εμφανίστηκαν τα αρχικά αποτελέσματα, η Microsoft συμβουλεύτηκε ειδικούς σε υλικά στο κυβερνητικό εργαστήριο, πιστεύοντας, “Εντάξει, ένας υπολογιστής μας έδωσε την απάντηση… Ας το αποδείξουμε”.
Αξιωματούχοι από τη Microsoft και το εθνικό εργαστήριο δήλωσαν ότι θα συνεχίσουν το έργο της μπαταρίας ως μέρος μιας τριετούς συνεργασίας με στόχο την επιτάχυνση του ρυθμού της καινοτομίας και της ανακάλυψης.
«Αυτή δεν είναι απλώς μια ανακοίνωση τέχνασμα, μια ανακοίνωση με τίτλους. Αυτή είναι η φύση του μέλλοντος», δήλωσε ο Chirag Dekate, αντιπρόεδρος και αναλυτής στο Stamford, εταιρεία παροχής συμβουλών Gartner με έδρα το Κονέκτικατ, ο οποίος δεν ήταν στην ερευνητική ομάδα.
—-
Η αναζήτηση για καλύτερη μπαταρία
Η ανάγκη για καλύτερη τεχνολογία μπαταριών έχει αναδειχθεί ως σημαντική πρόκληση για τους επιστήμονες.
«Πολλές από τις τρέχουσες τεχνολογίες μπαταριών είναι εξαιρετικά αναποτελεσματικές», είπε ο Dekate. «Αν κοιτάξετε έναν από τους λόγους για τους οποίους η υπόσχεση για ένα πράσινο μέλλον μας διέφυγε, παρά τις προόδους στην ηλιακή και αιολική ενέργεια [power]όταν κοιτάξετε τον υποκείμενο λόγο, είναι στην πραγματικότητα οι προκλήσεις που σχετίζονται με τις τεχνολογίες μπαταριών».
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου τροφοδοτούν πλέον τα περισσότερα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, καθώς και τα περισσότερα ηλεκτρικά σκούτερ και ηλεκτρικά ποδήλατα, τα οποία είναι πανταχού παρόντα στις σύγχρονες πόλεις σε όλο τον κόσμο. Το 2022, το μέγεθος της παγκόσμιας αγοράς μπαταριών ιόντων λιθίου υπολογίστηκε σε 46,2 δισεκατομμύρια δολάρια και μέχρι το 2032 η βιομηχανία αναμένεται να φτάσει τα 189,4 δισεκατομμύρια δολάρια.
Ωστόσο, οι τρέχουσες μπαταρίες δεν μπορούν να φορτιστούν γρήγορα ή να διατηρήσουν τη φόρτισή τους για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Επιπλέον, ορισμένα αποδείχθηκαν ασταθή.
Το 2023, η Πυροσβεστική Υπηρεσία της Νέας Υόρκης ανέφερε ότι 18 άνθρωποι έχασαν τη ζωή τους σε πυρκαγιές που σχετίζονται με μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων.
Η Microsoft αναζητούσε υλικά για την κατασκευή μιας λεγόμενης μπαταρίας ηλεκτρολυτών στερεάς κατάστασης. Αυτές έχουν υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα από τις μπαταρίες ιόντων υγρού και δεν ενέχουν κίνδυνο πυρκαγιάς ή διαρροής Το υλικό που χρησιμοποιήθηκε για το πρωτότυπο περιείχε λίγο λίθιο – αλλά έως και 70 τοις εκατό λιγότερο από την ποσότητα που βρέθηκε στις υπάρχουσες μπαταρίες.
Η εργασία της Microsoft για το έργο της μπαταρίας “ξεκίνησε σοβαρά πριν από περίπου εννέα μήνες”, είπε ο Baker.
Η ομάδα εκπαίδευσε το σύστημα τεχνητής νοημοσύνης της δείχνοντάς της παραδείγματα διαφορετικών υλικών και βοηθώντας το να μάθει τις κρυσταλλικές δομές και τις ενεργειακές τους ιδιότητες. «Καθώς περνάμε από διαφορετικές συνθέσεις, μαθαίνουμε πώς η δομή και η σύνθεση επηρεάζουν την ενέργεια», είπε ο Baker.
Στη συνέχεια, η ομάδα της Microsoft χρησιμοποίησε την τεχνητή νοημοσύνη για να λειτουργήσει σαν χοάνη. Ένας μεγάλος αριθμός ευκαιριών τροφοδοτήθηκε στην κορυφή της διοχέτευσης και στη συνέχεια πέρασε από διάφορα φίλτρα που περιόρισαν τη λίστα υποψηφίων. Τα καλύτερα εμφανίστηκαν στο κάτω μέρος του χωνιού.
Επειδή ένα υλικό μπαταρίας πρέπει να είναι σταθερό, η τεχνητή νοημοσύνη φιλτράρει αρχικά τον αριθμό των υποψηφίων σε λίγο λιγότερο από 590.000 που θα παρέμεναν στη μορφή που απαιτείται για την απόδοση σε μια μπαταρία. Από εκεί, το AI ρώτησε ουσιαστικά κάθε υποψήφιο: Θα ανταποκριθούν στο οξυγόνο; Θα κάνει κάτι περίεργο όταν του εφαρμόζεται ηλεκτρικό ρεύμα; Πώς κάνετε τα άτομα λιθίου να κινούνται μέσα στο υλικό, μια απαραίτητη διαδικασία για μια λειτουργική μπαταρία;
Τέλος, η Microsoft επικοινώνησε με το Εθνικό Εργαστήριο Βορειοδυτικού Ειρηνικού, το οποίο έχει μεγάλη εμπειρία στην έρευνα μπαταριών.
«Ρώτησαν: «Ποιες ιδιότητες θα χρειαζόσουν κανονικά ένα υλικό για να φτιάξεις μια καλύτερη μπαταρία;» είπε ο Vijay Murugesan, συν-συγγραφέας της εργασίας και επικεφαλής της ομάδας επιστήμης υλικών του εργαστηρίου στο Τμήμα Φυσικών Επιστημών. Αποκάλεσε την ανάπτυξη ενός στερεού υλικού που επιτρέπει μόνο τα ιόντα λιθίου να περνούν από τη μια πλευρά της μπαταρίας στην άλλη μια μεγάλη πρόκληση.
Καθώς εξέταζε μια λίστα με τους κορυφαίους 120 έως 130 υποψηφίους, ο Μουρουγκεσάν είπε ότι οι αντιδράσεις του διέφεραν από το «Γιατί; Τι? Αλήθεια;» για μερικούς από τους πιο εκπληκτικούς υποψηφίους: «Το βλέπω αυτό ως ένα προφανές επόμενο βήμα σε αυτό που κάνουμε».
Οι επιστήμονες ενθάρρυναν το γεγονός ότι ορισμένα από τα υλικά που προτείνει η τεχνητή νοημοσύνη έχουν ήδη αναγνωριστεί από τους ειδικούς ως πολλά υποσχόμενα.
Η ομάδα στο εργαστήριο ανέλυσε τους κορυφαίους υποψηφίους και δημιούργησε μια χούφτα υποθετικών υλικών που βρήκαν οι υπολογιστές. Το νέο υλικό που επιλέχθηκε για το πρωτότυπο περιέχει νάτριο, χλωρίδιο και ύττριο καθώς και λίγο λίθιο. Το εργαστήριο πραγματοποιεί περαιτέρω εργασίες για το υλικό που χρησιμοποιήθηκε για το πρωτότυπο και ετοιμάζεται να μελετήσει τουλάχιστον δύο επιπλέον υποψήφια υλικά.
Ο Aron Walsh, καθηγητής και πρόεδρος σχεδιασμού υλικών στο Imperial College του Λονδίνου, απάντησε μέσω email σε προκαταρκτικές πληροφορίες από τη Microsoft: «Το AI παρέχει μια νέα γενιά προσεγγιστικών αλλά πρακτικών εργαλείων που μας επιτρέπουν να αντιμετωπίσουμε προβλήματα που προηγουμένως φαινόταν αδύνατα». ταχεία εξερεύνηση μεγάλων χημικών χώρων που περιγράφονται εδώ.
Σχετικό περιεχόμενο
Καθώς μπαίνουμε στο 2024, οι βίαιες πολιτικές απειλές αυξάνονται και στοιχειώνουν την αμερικανική δημοκρατία
Βρέθηκε νέο υλικό μπαταρίας που χρησιμοποιεί λιγότερο λίθιο στην αναζήτηση με τεχνητή νοημοσύνη
Ο Τζος Χάρις έκανε μια έξυπνη κίνηση για να φύγει από το θλιβερό παρελθόν των Διοικητών