Các nhà nghiên cứu của Microsoft đã sử dụng trí tuệ nhân tạo để thiết kế một vật liệu mới và sử dụng để xây dựng một loại pin giúp tiết kiệm đến 70% lithium so với một số thiết kế tương tự.
Trí tuệ nhân tạo có thể tăng tốc quá trình tìm kiếm và thử nghiệm vật liệu mới. Hiện nay các nhà nghiên cứu đã sử dụng khả năng đó để phát triển một loại pin ít phụ thuộc vào lithium đang ngày càng trở nên đắt đỏ.
Pin lithium-ion cung cấp năng lượng cho nhiều thiết bị mà chúng ta sử dụng hàng ngày cũng như các phương tiện điện tử. Chúng cũng sẽ là một phần cần thiết của lưới điện xanh, vì pin được yêu cầu để lưu trữ năng lượng tái tạo từ các turbine gió và tấm năng lượng mặt trời.
Nhưng lithium đắt đỏ và việc khai thác nó gây hại cho môi trường. Việc tìm một vật liệu thay thế cho nguồn cung kim loại này có thể tốn kém và mất thời gian, đòi hỏi các nhà nghiên cứu phải phát triển và thử nghiệm hàng triệu vật liệu tiềm năng trong suốt nhiều năm.
Sử dụng trí tuệ nhân tạo, Nathan Baker tại Microsoft và đồng nghiệp của ông đã hoàn thành nhiệm vụ chỉ trong vài tháng. Họ thiết kế và xây dựng một loại pin sử dụng ít hơn đến 70% lithium so với một số thiết kế cạnh tranh.
Nhóm nghiên cứu tập trung vào loại pin chỉ chứa các phần rắn, và họ tìm kiếm vật liệu mới cho thành phần pin mà các điện tích di chuyển qua, được gọi là điện giải.
Họ bắt đầu với 23,6 triệu vật liệu tiềm năng được thiết kế bằng cách điều chỉnh cấu trúc của các điện giải đã được xác định trước và thay thế một số nguyên tử lithium bằng các nguyên tố khác. Sau đó, một thuật toán trí tuệ nhân tạo loại bỏ các vật liệu mà nó tính toán sẽ không ổn định, cũng như những vật liệu mà các phản ứng hóa học tạo ra pin yếu.
Nhóm nghiên cứu cũng xem xét cách mỗi vật liệu sẽ hoạt động trong quá trình thử nghiệm. Chỉ sau vài ngày, danh sách của họ chỉ còn vài trăm mẫu, một số trong số đó chưa bao giờ được nghiên cứu trước đây.
“Nhưng chúng tôi không phải là những nhà khoa học vật liệu,” Baker nói. “Vì vậy, tôi gọi điện cho một số chuyên gia đã làm việc trên các dự án pin lớn với Bộ Năng lượng Hoa Kỳ… và nói, “Bạn nghĩ sao, chúng tôi thật điên rồi phải không?”.
Vijay Murugesan tại Viện Nghiên cứu Quốc gia Thái Bình Dương ở tiểu bang Washington là một trong những nhà khoa học nghe điện thoại. Anh và đồng nghiệp của anh đề xuất các tiêu chí sàng lọc bổ sung cho trí tuệ nhân tạo.
Sau nhiều lần sàng lọc, đội của Murugesan cuối cùng đã chọn một trong những đề xuất của trí tuệ nhân tạo để tổng hợp trong phòng thí nghiệm. Phương pháp này ưu việt vì một nửa số nguyên tử lithium mà Murugesan sẽ mong đợi đã được thay thế bằng natri.
Anh nói rằng đây là một công thức rất mới cho điện giải và việc có hai nguyên tố cùng nhau đặt ra câu hỏi về vật lý cơ bản với cách vật liệu hoạt động bên trong pin.
Đội của anh đã xây dựng pin hoạt động với vật liệu này, mặc dù có khả năng dẫn điện thấp hơn so với các mô hình nguyên mẫu tương tự sử dụng lithium. Cả Baker và Murugesan đều nói rằng còn nhiều việc cần làm để tối ưu hóa pin mới.
Tuy nhiên, kể từ lúc Murugesan nói chuyện với nhóm Microsoft đến khi pin có đủ chức năng để bật đèn, quá trình tạo ra nó mất khoảng chín tháng.
“Các phương pháp này là đỉnh cao của công nghệ, về các công cụ máy học, nhưng điều thật đáng ngạc nhiên đó là những thứ đã được tạo ra và kiểm tra là những người không liên quan đến dự án,” Rafael Gómez-Bombarelli tại Viện Công nghệ Massachusetts nói.
“Việc dự đoán rất dễ dàng nhưng khó thuyết phục ai đó đầu tư vào các thí nghiệm thực tế.” Anh nói rằng nhóm đã sử dụng trí tuệ nhân tạo để tăng tốc và bổ sung các tính toán mà các nhà vật lý đã thực hiện trong nhiều thập kỷ.
Tuy nhiên, phương pháp này có thể vấp phải những trở ngại trong tương lai. Dữ liệu cần thiết để huấn luyện trí tuệ nhân tạo cho loại công việc này thường ít, và các vật liệu khác ngoài thành phần pin có thể đòi hỏi một cách kết hợp các yếu tố phức tạp hơn, anh nói.