Intelligenza artificiale: la chiave per batterie rivoluzionarie

Le batterie al litio hanno rivoluzionato il settore dell’energia negli ultimi decenni, ma il loro impatto ambientale e la loro efficienza limitata continuano a rappresentare sfide significative. Tuttavia, una nuova scoperta potrebbe cambiare questa situazione. Microsoft ha annunciato di aver utilizzato l’intelligenza artificiale e l’elaborazione ad alte prestazioni per esaminare 32,6 milioni di possibili materiali per batterie in soli 80 ore, un compito che in passato avrebbe richiesto 20 anni.

Questo risultato segna l’inizio di un ambizioso progetto finalizzato alla creazione di una nuova generazione di batterie meno dipendenti dal litio, che può essere tossico e dannoso per l’ambiente.

L’impatto della ricerca

Microsoft ha condiviso i migliori candidati con il Pacific Northwest National Laboratory del governo, che ha poi condotto ulteriori ricerche e costruito un prototipo di batteria utilizzando un nuovo materiale. Sebbene il prototipo non sia ancora pronto per essere utilizzato in dispositivi come orologi o chiavi delle auto, ha dimostrato di utilizzare meno litio rispetto alle opzioni commercialmente disponibili e di avere la capacità di ricaricare l’energia. Questo risultato sottolinea il potenziale delle nuove tecnologie per rivoluzionare il campo della scienza dei materiali, che spesso viene sottovalutato nonostante il suo rapido sviluppo.

Christopher M. Wolverton, professore presso il dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali dell’Università di Northwestern, ha affermato che “non è un’esagerazione dire che praticamente ogni problema principale che affrontiamo come società potrebbe essere, almeno in parte, risolto grazie a materiali migliori“. Wolverton, che non ha preso parte al progetto sulle batterie di Microsoft ma ha lavorato su progetti simili, ha definito lo screening di 32,6 milioni di materiali in 80 ore “stupefacente”. Questo indica che Microsoft non ha esaminato solo materiali noti, ma ha anche cercato di scoprire nuovi materiali ipotizzati.

L’utilizzo di intelligenza artificiale e calcolo ad alte prestazioni

Per effettuare questo esame massiccio dei materiali, Microsoft ha utilizzato l’IA e il calcolo ad alte prestazioni. Questi strumenti hanno permesso ai ricercatori di utilizzare gli elementi della tavola periodica come un pittore userebbe una tavolozza di colori, mescolandoli e creando nuove configurazioni. Il progetto ha sfruttato la piattaforma Azure Quantum Elements di Microsoft, che mira a utilizzare la potenza di calcolo avanzata per accelerare il processo di scoperta.

Nathan Baker, autore del paper scientifico e direttore senior delle partnership per la chimica e i materiali presso Microsoft, ha affermato che “questo è un nuovo modo di fare scienza”. Utilizzando tutti i materiali conosciuti, il team di ricerca è stato in grado di selezionare quelli più promettenti attraverso un processo di sostituzione degli atomi. La piattaforma Azure Quantum Elements ha velocemente scartato i materiali che erano poveri conduttori, troppo instabili, reattivi o costosi per essere utilizzati nelle batterie. L’elaborazione ad alte prestazioni ha permesso di utilizzare la potenza di circa 5000 laptop standard.

Materiali migliori per risolvere le sfide globali

La scoperta di nuovi materiali è fondamentale per affrontare molte delle sfide globali che affrontiamo attualmente. Ad esempio, per combattere il cambiamento climatico, gli scienziati devono trovare i migliori materiali per catturare e immagazzinare la CO2 atmosferica. Per ridurre l’accumulo di plastica sulle spiagge e negli impianti di smaltimento, gli scienziati devono trovare modi sicuri per smaltirla e trasformarla in carburante e materie prime. Per rispondere rapidamente a nuovi patogeni che potrebbero causare future pandemie, gli scienziati devono progettare farmaci efficaci che utilizzano proteine per attaccare virus e batteri o stimolare le difese del corpo. Tutte queste sfide dipendono dalla scoperta dei materiali giusti.

La ricerca di nuovi materiali è stata rallentata in passato da approcci basati su ipotesi e tentativi ed errori. Tuttavia, l’utilizzo di intelligenza artificiale e calcolo ad alte prestazioni consente ora agli scienziati di esplorare rapidamente le possibilità offerte dagli elementi della tavola periodica. I ricercatori possono testare diverse composizioni e scoprire come la struttura e la composizione di un materiale influenzano le sue proprietà energetiche.

La caccia a una batteria migliore

La necessità di batterie migliori rappresenta una sfida significativa per gli scienziati. Attualmente, le batterie al litio-ion alimentano la maggior parte delle auto elettriche, nonché la maggior parte degli scooter e delle biciclette elettriche che sono diventati comuni nelle città di tutto il mondo. Nel 2022, il mercato globale delle batterie al litio-ion è stato valutato 46,2 miliardi di dollari e si prevede che raggiungerà i 189,4 miliardi di dollari entro il 2032. Tuttavia, le attuali batterie non riescono a ricaricarsi rapidamente o a mantenere la carica per lunghi periodi. Inoltre, alcune si sono rivelate volatili e pericolose.

Microsoft ha cercato materiali per costruire una batteria elettrolitica a stato solido, che ha una densità energetica maggiore rispetto alle batterie a ioni liquidi e non presenta rischi di incendio o perdite. Il materiale utilizzato per il prototipo contiene del litio, ma fino al 70% in meno rispetto alle batterie esistenti. Il lavoro di Microsoft su questo progetto è iniziato seriamente circa nove mesi fa. Il sistema di intelligenza artificiale è stato allenato mostrandogli diversi materiali, aiutandolo a imparare le loro strutture cristalline e le proprietà energetiche. Successivamente, l’IA è stata utilizzata come un imbuto per filtrare e selezionare i candidati migliori.

La reazione della comunità scientifica

Il Pacific Northwest National Laboratory, con una vasta esperienza nella ricerca sulle batterie, è stato coinvolto nel progetto per analizzare i candidati migliori. Il laboratorio ha anche sintetizzato alcuni dei materiali ipotetici suggeriti dall’IA e ha scelto un nuovo materiale per il prototipo di batteria. Il nuovo materiale contiene del litio, ma anche sodio, cloruro e ittrio. Il laboratorio sta continuando a lavorare su questo materiale e si prepara ad investigare su almeno altri due materiali candidati.

La comunità scientifica ha accolto positivamente questa scoperta, sottolineando che alcuni dei materiali suggeriti dall’intelligenza artificiale erano già stati individuati dagli esperti come promettenti. Aron Walsh, professore e responsabile del design dei materiali presso l’Imperial College di Londra, ha affermato che “l’IA sta fornendo una nuova generazione di strumenti approssimativi ma pratici, che ci consentono di affrontare problemi che sembravano impossibili prima, come l’esplorazione rapida di ampi spazi chimici”.