Alla ricerca della super batteria con AI
La ricerca di materiali adatti a nuovi tipi di batterie è lunga. I ricercatori hanno ora utilizzato l'intelligenza artificiale per analizzare 32 milioni di sostanze e hanno trovato quello che stavano cercando.
È una delle tante promesse dell'intelligenza artificiale: la tecnologia dovrebbe accelerare in modo massiccio la ricerca di nuovi materiali e molecole e quindi aiutare a risolvere alcuni dei problemi più urgenti del nostro tempo. Gli esperti sperano di trovare i progetti chimici per migliori convertitori catalitici, batterie più potenti e altre nuove sostanze. Ora un team di Microsoft in collaborazione con il Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), una struttura di ricerca del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, ha annunciato di aver raggiunto un'importante pietra miliare sulla via della realizzazione di questa visione. Con l'aiuto dell'intelligenza artificiale, hanno filtrato un materiale precedentemente sconosciuto tra 32 milioni di sostanze possibili e lo hanno poi sintetizzato in laboratorio. Secondo i ricercatori, la sostanza ha un grande potenziale come mezzo di accumulo di energia efficiente dal punto di vista delle risorse. I risultati non sono ancora stati verificati in modo indipendente.
Normalmente, la ricerca di nuove sostanze chimiche è un processo complesso, costoso e lungo. Di solito ci vogliono anni, se non decenni, per trovare, produrre e provare nuovi composti. Ad esempio, lo sviluppo dell'odierna batteria agli ioni di litio, ampiamente utilizzata, ha richiesto circa due decenni. Ora, l'intero processo - dalla ricerca dei materiali adatti alla selezione, al test e alla produzione di un prototipo di batteria - è stato ridotto a nove mesi. "Siamo all'alba di una nuova era di scoperte scientifiche", ha dichiarato Jason Zander, vicepresidente delle operazioni strategiche e della tecnologia di Microsoft, in un comunicato stampa. "Il nostro successo nel trovare un nuovo materiale per le batterie utilizzando l'intelligenza artificiale è solo uno dei tanti esempi di come il nostro approccio innovativo alla ricerca sui materiali possa migliorare la nostra vita quotidiana in futuro."
La piattaforma Azure Quantum Elements di Microsoft utilizza e combina diversi sistemi di intelligenza artificiale, cloud computing, computer ad alte prestazioni e, in un futuro più lontano, un computer quantistico. Il team ha innanzitutto addestrato un'intelligenza artificiale per determinare le combinazioni utili dei vari elementi chimici per questa specifica applicazione. L'algoritmo ha quindi suggerito 32,6 milioni di candidati. Gli scienziati hanno poi utilizzato un altro sistema di intelligenza artificiale per determinare tutti i materiali che formano una configurazione stabile in condizioni naturali. Un terzo strumento di intelligenza artificiale ha filtrato le molecole che potevano essere considerate materiali per batterie in base alla loro reattività e conducibilità ionica. Rimanevano così circa 800 sostanze. Tutti i modelli di intelligenza artificiale utilizzati per questo processo di selezione si basano su una rete neurale grafica. Tali reti sono in grado di elaborare dati che possono essere rappresentati in grafici.
La ricetta è già in fase di prova
L'AI può essere veloce, ma non ha la precisione necessaria per la ricerca sui materiali. Per questo motivo i ricercatori hanno utilizzato computer convenzionali ad alte prestazioni per simulare, ad esempio, la dinamica molecolare dei materiali rimanenti. In questo modo hanno ridotto l'elenco a 150 candidati. Infine, gli scienziati hanno valutato la disponibilità, i costi e numerosi altri parametri, ottenendo 23 materiali, cinque dei quali erano già noti. Si dice che tutto questo abbia richiesto solo 80 ore, a parte il lavoro di formazione e programmazione. La selezione finale del materiale che aveva le maggiori possibilità di successo in tutti i punti richiesti è stata fatta dagli esperti del PNNL.
La ricetta per il materiale solido è stata realizzata da un'azienda di ricerca.
La ricetta dell'elettrolita a stato solido, che viene ora testata presso la struttura di ricerca del Ministero dell'Energia, contiene sia litio che sodio, oltre a diversi altri elementi. Questo potrebbe ridurre significativamente il contenuto di litio nelle batterie, forse fino al 70 percento. In precedenza si pensava che il sodio e il litio non si armonizzassero particolarmente bene tra loro. Poiché il litio è già relativamente scarso e costoso e la sua estrazione ha numerose conseguenze negative per l'ambiente, i ricercatori di materiali di tutto il mondo stanno cercando da tempo delle alternative. Inoltre, gli elettroliti allo stato solido sono considerati più sicuri rispetto alle varianti convenzionali liquide o in gel e offrono una maggiore densità energetica. Lo sviluppo di un sistema di accumulo di energia pronto per il mercato avrebbe quindi enormi vantaggi ecologici, di sicurezza ed economici.
Non si tratta tanto di questo particolare materiale per batterie quanto della velocità con cui potrebbe essere identificato.
Brian Abrahamson, capo del dipartimento digitale del PNNL, discute il fatto che il materiale è ancora in una fase iniziale della ricerca. L'esatta composizione chimica deve ancora essere ottimizzata e potrebbe rivelarsi inadatto a prove su larga scala. "Non si tratta tanto di questo particolare materiale per batterie quanto della velocità con cui potrebbe essere identificato", ha detto. Questo è il collo di bottiglia cruciale che sta rallentando la ricerca. Dopo tutto, il numero di composizioni di materiali che devono essere studiate e analizzate per trovare soluzioni innovative potrebbe superare il numero di atomi dell'universo conosciuto.
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Immagine di copertina: Shutterstock / IM Imagery
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