الذكاء الاصطناعي يصمِّم بطارية تستخدم كمية أقل من الليثيوم بنسبة 70%

بقلم كارميلا بادافيك- كالاهان 

يمكن للذكاء الاصطناعي Artificial intelligence تسريع عملية العثور على مواد جديدة واختبارها، والآن استخدم الباحثون هذه القدرة لتطوير بطارية أقل اعتماداً على معدن الليثيوم المكلف.

الليثيوم باهظ الثمن وتعدينه يضر بالبيئة، العثور على بديل لهذا المعدن قد يكون مكلفاً ويستغرق وقتاً طويلاً

تعمل بطاريات الليثيوم- أيون Lithium-ion على تشغيل العديد من الأجهزة التي نستخدمها يومياً إضافة إلى السيارات الكهربائية. وستكون أيضاً جزءاً ضرورياً من شبكة كهربائية خضراء، مثل البطاريات اللازمة لتخزين الطاقة المتجددة من توربينات الرياح والألواح الشمسية. لكن الليثيوم باهظ الثمن وتعدينه يضر بالبيئة. إن العثور على بديل لهذا المعدن المهم قد يكون مكلفاً ويستغرق وقتاً طويلاً، مما يتطلب من الباحثين تطوير واختبار ملايين المواد المُرشَّحة على مدار سنوات. وباستخدام الذكاء الاصطناعي، تمكن ناثان بيكر Nathan Baker من شركة مايكروسوفت Microsoft وزملاؤه من إنجاز المهمة في غضون أشهر. لقد صمموا وبنوا بطارية تستخدم ما يصل إلى 70% أقل من الليثيوم مقارنة ببعض التصاميم المنافسة.

ركز الباحثون على نوع من البطاريات التي تحتوي فقط على أجزاء صلبة، وبحثوا عن مواد جديدة لمكون البطارية الذي تنتقل عبره الشحنات الكهربائية، الإلكتروليت Electrolyte. لقد بدأوا بـ 23.6 مليون مادة مرشحة صممت بعد تعديل واستبدال بعض ذرات الليثيوم بعناصر أخرى. ثم أزالت خوارزمية الذكاء الاصطناعي المواد التي أشارت الحسابات إلى أنها غير مستقرة، وكذلك تلك التي لها تفاعلات كيميائية تُضعف البطاريات. كما أخذ الباحثون في الاعتبار كيفية تصرف كل مادة أثناء عمل البطارية بنشاط. وبعد أيام قليلة فقط، ضمت قائمتهم بضع مئات فقط من المواد المرشَّحة للعمل معها، وبعضها لم تُدرس من قبل.

يقول بيكر: «لكننا لسنا علماء مواد… لذلك اتصلت ببعض الخبراء الذين عملوا في مشروعات البطاريات الكبيرة مع وزارة الطاقة … وقلت لهم: ما رأيك؟» هل نحن مجانين؟

كان فيجاي موروغيسان Vijay Murugesan، من مختبر شمال غرب المحيط الهادي الوطني Pacific Northwest National Laboratory في ولاية واشنطن، أحد العلماء الذين أجابوا على الاتصال. واقترح هو وزملاؤه معايير فحص إضافية للذكاء الاصطناعي. وبعد المزيد من جولات الإقصاء، اختار فريق موروغيسان في النهاية أحد اقتراحات الذكاء الاصطناعي لتركيبها في المختبر. فقد برزت هذه الفكرة لأن نصف ما كان يتوقع موروغيسان أن يكون ذرات الليثيوم استبدل بالصوديوم. ويقول إن هذه وصفة جديدة جداً للإلكتروليت وأن وجود العنصرين معاً يفتح أسئلة حول الفيزياء الأساسية لكيفية عمل المادة داخل البطارية.

بنى هو وفريقه بطارية عاملة باستخدام هذه المادة، وإن كانت ذات موصلية أقل من النماذج الأولية المماثلة التي تستخدم المزيد من الليثيوم. ويقول كل من بيكر ومروغسان إنه لا يزال هناك الكثير من العمل لتحسين البطارية الجديدة. ومع ذلك، فإن عملية صنعها – منذ المرة الأولى التي تحدث فيها مروغسان إلى فريق مايكروسوفت إلى أن صارت البطارية فعالة بما يكفي لتشغيل المصباح الكهربائي – استغرقت نحو تسعة أشهر.

يقول رافائيل غوميز-بومباريللي Rafael Gomez- Bombarelli، من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا Massachusetts Institute of Technology، والذي لم يشارك في المشروع: «إن الأساليب هنا متطورة جداً، من حيث أدوات تعلم الآلة Machine learning tools، ولكن ما يرفع هذا المستوى حقاً هو أن الأشياء قد تم تصنيعها واختبارها… من السهل جداً التنبؤ؛ ومن الصعب إقناع شخص ما بالاستثمار في التجارب الفعلية». ويقول إن الفريق استخدم الذكاء الاصطناعي لتسريع وزيادة العمليات الحسابية التي كان الفيزيائيون يقومون بها يدويا منذ عقود. لكن هذا النهج قد يواجه عقبات في المستقبل. ويقول إن البيانات اللازمة لتدريب الذكاء الاصطناعي على هذا النوع من العمل غالباً ما تكون قليلة، وقد تتطلب المواد الأخرى غير مكونات البطارية طريقة أكثر تعقيداً للجمع بين العناصر.

© 2024, New Scientist, Distributed by Tribune Content Agency LLC