Nové sloučeniny vzácných zemin by mohly napájet váš telefon

Nová metoda hledání sloučenin vzácných zemin pomocí umělé inteligence by mohla vést k objevům, které revolučním způsobem změní osobní elektroniku, říkají odborníci.

Výzkumníci z Ames Laboratory a Texas A&M University vycvičili model strojového učení (ML). k posouzení stability sloučenin vzácných zemin. Prvky vzácných zemin mají mnoho využití, včetně technologií čisté energie, skladování energie a permanentních magnetů.

"Nové sloučeniny mohou umožnit budoucí technologie, které ještě ani nedokážeme pochopit," Jaroslav Mudryk, vedoucí projektu, řekl Lifewire v e-mailovém rozhovoru.

Hledání minerálů

Ke zlepšení hledání nových sloučenin použili vědci strojové učení, formu umělé inteligence (AI) řízenou počítačovými algoritmy, které se zlepšují používáním dat a zkušenostmi. Výzkumníci také použili vysoce výkonný screening, výpočetní schéma, které výzkumníkům umožňuje rychle otestovat stovky modelů. Jejich práce byla popsána

v nedávném papíru publikoval v Acta Materialia.

Před AI bylo objevování nových materiálů založeno hlavně na pokusech a omylech, Prashant Singh, jeden z členů týmu, řekl v e-mailu Lifewire. Umělá inteligence a strojové učení umožňují výzkumníkům využívat materiálové databáze a výpočetní techniky k mapování chemické stability a fyzikálních vlastností nových i stávajících sloučenin.

„Například převzetí nově objeveného materiálu z laboratoře na trh může trvat 20–30 let, ale AI/ML může výrazně urychlit tento proces simulací materiálových vlastností na počítačích, než vstoupí do laboratoře,“ řekl Singh.

AI překonává starší metody hledání nových sloučenin, Joshua M. Pearce, John M. Thompson Chair in Information Technology and Innovation at Western University, řekl v e-mailovém rozhovoru.

"Počet potenciálních sloučenin, kombinací, kompozitů a nových materiálů je ohromující," dodal. „Namísto času a peněz na výrobu a testování každého z nich pro konkrétní aplikaci lze AI použít k předpovědi materiálů s užitečnými vlastnostmi. Pak mohou vědci zaměřit své úsilí."

Markus J. Buehler, McAfee Professor of Engineering na MIT, v e-mailovém rozhovoru řekl, že nový dokument ukazuje sílu používání strojového učení.

"Je to dramaticky odlišný způsob, jak učinit takové objevy, než jaký jsme byli schopni udělat dříve – objevy jsou nyní rychlejší, efektivnější a lze je více zacílit na aplikace,“ řekl Buehler. "Na práci Singha a kol. je vzrušující to, že kombinují špičkové materiálové nástroje (Teorie funkcí hustoty, způsob řešení kvantových problémů) s nástroji materiálové informatiky. Je to rozhodně způsob, který lze aplikovat na mnoho dalších problémů s návrhem materiálů.“

Nekonečné možnosti

Sloučeniny vzácných zemin se nacházejí v mnoha high-tech produktech, jako jsou mobilní telefony, hodinky a tablety. Například v displejích se tyto sloučeniny přidávají do materiálů s vysoce cílenými optickými vlastnostmi. Používají se také ve fotoaparátu vašeho mobilního telefonu.

"Jsou určitým způsobem jakýmsi zázračným materiálem, který slouží jako důležitý prvek v moderní civilizaci," řekl Buehler. „Existují však problémy v tom, jak jsou těženy a jak jsou dodávány. Proto musíme prozkoumat lepší způsoby, jak je buď efektivněji využít, nebo nahradit funkce novými kombinacemi alternativních materiálů.“

Nejsou to jen minerální sloučeniny, které mohou těžit z přístupu strojového učení používaného autory nového článku. AI lze použít v mnoha oblastech, kde jsou problémy tak složité, že vědci nemohou vyvinout konvenční řešení pomocí matematiky nebo simulací známé fyziky, řekl Buehler.

„Koneckonců ještě nemáme ty správné modely, které by vztahovaly strukturu materiálu k jeho vlastnostem,“ dodal. „Jedna oblast je v biologii, konkrétně skládání proteinů. Proč některé proteiny po malé genetické změně vedou k onemocnění? Jak můžeme vyvinout nové chemické sloučeniny k léčbě nemocí nebo vyvinout nové léky?"

Další možností je najít způsob, jak zlepšit výkon betonu a snížit jeho dopad na uhlík, řekl Buehler. Například molekulární geometrie materiálu by mohla být uspořádána jinak, aby byly materiály efektivnější, abychom měli větší pevnost s menší spotřebou materiálu a aby materiály vydržely déle.

„AI přináší revoluci v tom, jak přemýšlíme o řešení mnoha těchto vysokorozměrných komplexních problémů, a otevírá nový způsob, jak přemýšlet o budoucích příležitostech,“ dodal. "Jsme teprve na začátku vzrušující doby."