Ένα εντελώς νέο υλικό, το οποίο μπορεί να μειώσει τη χρήση λιθίου σε μπαταρίες, ανακαλύφθηκε χρησιμοποιώντας την τεχνητή νοημοσύνη (AI) και τον υπερυπολογιστή.
Οι ευρήματα πραγματοποιήθηκαν από τη Microsoft και το Εθνικό Ερευνητικό Εργαστήριο του Βορείου Ειρηνικού (PNNL), το οποίο ανήκει στο Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ.
Οι επιστήμονες αναφέρουν ότι το υλικό μπορεί πιθανώς να μειώσει τη χρήση λιθίου έως και 70%.
Από την ανακάλυψή του, το νέο υλικό χρησιμοποιήθηκε για να τροφοδοτήσει μια λάμπα.
Οι ερευνητές της Microsoft χρησιμοποίησαν την τεχνητή νοημοσύνη και τους υπερυπολογιστές για να μειώσουν 32 εκατομμύρια πιθανά ανόργανα υλικά σε 18 υποσχόμενους υποψήφιους σε λιγότερο από μία εβδομάδα – μια διαδικασία που θα μπορούσε να διαρκέσει περισσότερο από δύο δεκαετίες χρησιμοποιώντας τις παραδοσιακές μεθόδους ερευνών σε εργαστήριο.
Η διαδικασία από την αρχή μέχρι την ανάπτυξη ενός πρωτότυπου μπαταρίας πήρε λιγότερο από εννέα μήνες.
Οι δύο οργανισμοί επέτυχαν αυτό χρησιμοποιώντας προηγμένη τεχνητή νοημοσύνη και υψηλής απόδοσης υπολογισμό, ο οποίος συνδυάζει μεγάλο αριθμό υπολογιστών για την επίλυση πολύπλοκων επιστημονικών και μαθηματικών εργασιών.
Ο εκτελεστικός αντιπρόεδρος της Microsoft, Jason Zander, δήλωσε στο BBC ότι μία από τις αποστολές της τεχνολογικής γιγαντιαίας εταιρείας ήταν να “συμπιέσει 250 χρόνια επιστημονικών ανακαλύψεων στα επόμενα 25”.
“Και πιστεύουμε ότι η τεχνολογία σαν αυτή θα μας βοηθήσει σ’ αυτό. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο νομίζουμε ότι αυτού του είδους η επιστήμη θα γίνεται στο μέλλον”, είπε.
Το πρόβλημα με το λίθιο
Το λίθιο ονομάζεται συχνά “λευκός χρυσός” λόγω της αγοραστικής του αξίας και του ασημένιου χρώματος. Είναι ένας από τους κύριους συστατικούς σε επαναφορτιζόμενες μπαταρίες (μπαταρίες ιόντων λιθίου) που τροφοδοτούν όλα από ηλεκτρικά οχήματα (EVs) μέχρι smartphones.
Καθώς η ανάγκη για το μέταλλο αυξάνεται και η ζήτηση για τα EVs αυξάνεται, σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας, ο κόσμος θα μπορούσε να αντιμετωπίσει έλλειψη του υλικού από το 2025.
Επιπλέον, αναμένεται ότι η ζήτηση για μπαταρίες ιόντων λιθίου θα αυξηθεί μέχρι δέκα φορές μέχρι το 2030, σύμφωνα με το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ, οπότε οι κατασκευαστές συνεχώς δημιουργούν εργοστάσια μπαταριών για να παραμείνουν στο ρυθμό.
Η εξόρυξη του λιθίου μπορεί να είναι αμφιλεγόμενη καθώς μπορεί να πάρει αρκετά χρόνια για να αναπτυχθεί και να έχει σημαντικές επιπτώσεις στο περιβάλλον. Η εξαγωγή του μετάλλου απαιτεί μεγάλες ποσότητες νερού και ενέργειας, και η διαδικασία μπορεί να αφήσει τεράστια ίχνη στο τοπίο, καθώς και τοξικά απόβλητα.
Η Δρ. Nuria Tapia-Ruiz, η οποία ηγείται μιας ομάδας ερευνητών μπαταριών στο τμήμα χημείας του Πανεπιστημίου Imperial College του Λονδίνου, είπε ότι οποιοδήποτε υλικό με μειωμένες ποσότητες λιθίου και καλές δυνατότητες αποθήκευσης ενέργειας είναι “το ιερό δισκοπότηρο” στην βιομηχανία των μπαταριών ιόντων λιθίου.
“Η τεχνητή νοημοσύνη και ο υπερυπολογισμός θα γίνουν κρίσιμα εργαλεία για τους ερευνητές μπαταριών στα επόμενα χρόνια για να βοηθήσουν στην πρόβλεψη νέων υλικών υψηλής απόδοσης,” είπε.
Ωστόσο, ο Δρ. Edward Brightman, διδάσκων στη χημική μηχανική στο Πανεπιστήμιο του Strathclyde, είπε ότι η τεχνολογία αυτή θα πρέπει να “χρησιμοποιείται με μια δόση προσοχής”.
“Μπορεί να προκαλέσει ανεπιθύμητα αποτελέσματα, ή αποτελέσματα που φαίνονται καλά αρχικά και στη συνέχεια να αποδειχθούν είτε ως υλικό που είναι γνωστό είτε που δεν μπορεί να συνθεθεί στο εργαστήριο”, είπε.
Το υλικό που προέρχεται από την τεχνητή νοημοσύνη, το οποίο προς το παρόν απλά ονομάζεται N2116, είναι ένας στερεός ηλεκτρολύτης που έχει δοκιμαστεί από επιστήμονες και έχει μεταφερθεί από ένα ακατέργαστο υλικό σε ένα λειτουργικό πρωτότυπο.
Έχει το δυναμικό να είναι μια βιώσιμη λύση αποθήκευσης ενέργειας επειδή οι στερεοί μπαταρίες είναι πιο ασφαλείς από τις παραδοσιακές υγρές ή τζελοειδείς μπαταρίες ιόντων λιθίου.
Στο εγγύς μέλλον, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου με στερεό ηλεκτρολύτη προσφέρουν τη δυνατότητα για ακόμα πιο ενεργειακά πυκνές φόρτισεις, με χιλιάδες κύκλους φόρτισης.
Η διαφορά αυτής της τεχνητής νοημοσύνης
Η τεχνολογία αυτή λειτουργεί χρησιμοποιώντας έναν νέο τύπο τεχνητής νοημοσύνης που δημιούργησε η Microsoft, εκπαιδευμένος σε μοριακά δεδομένα που μπορούν πραγματικά να αναλύσουν τη χημεία.
“Αυτή η τεχνητή νοημοσύνη βασίζεται πλήρως σε επιστημονικά υλικά, βάσεις δεδομένων και ιδιότητες,” εξήγησε ο κ. Zander.
“Τα δεδομένα είναι πολύ αξιόπιστα για να χρησιμοποιηθούν για επιστημονικές ανακαλύψεις.”
Μετά τη στενή επιλογή των 18 υποψήφιων από το λογισμικό, εμπειρογνώμονες μπαταριών στο PNNL εξέτασαν αυτούς και επέλεξαν την τελική ουσία για να εργαστούν πάνω της στο εργαστήριο.
Ο Karl Mueller από το PNNL είπε ότι οι εισαγωγές τεχνητής νοημοσύνης από τη Microsoft τους οδήγησαν “σε ενδεχομένως πολύ επωφελές έδαφος πολύ πιο γρήγορα” από τις συνηθισμένες συνθήκες εργασίας.
“[Μπορούσαμε] να τροποποιήσουμε, να δοκιμάσουμε και να ρυθμίσουμε τη χημική σύσταση αυτού του νέου υλικού και να αξιολογήσουμε γρήγορα την τεχνική του εφαρμοσιμότητα για μια λειτουργική μπαταρία, δείχνοντας την υπόσχεση της προηγμένης τεχνητής νοημοσύνης να επιταχύνει τον κύκλο καινοτομίας,” δήλωσε.
