Nghiên cứu dùng AI phát triển pin mới được tối ưu hoá

Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Carnegie Mellon đã phát triển một cách tiếp cận mới để đẩy nhanh quá trình tạo ra các loại pin được tối ưu hóa hơn bao giờ hết.

Trong bài báo đăng trên tạp chí Nature Communications, nhóm mô tả cách họ ghép nối một loại robot độc đáo với hệ thống học tập dùng trí tuệ nhân tạo AI để tạo ra chất điện phân lỏng không chứa nước hữu ích hơn bao giờ hết.

Khi doanh số bán các thiết bị cầm tay tăng vọt và các nhà sản xuất ô tô đã chuyển sang dùng xe điện, nhu cầu về pin sử dụng được lâu hơn và sạc nhanh hơn cũng tăng lên. Thật không may, khoa học phát triển pin mới để phục vụ những nhu cầu như vậy đã bị tụt hậu – nó thường liên quan đến việc sử dụng trực giác của các nhà hóa học cùng với sự bền bỉ. Những nỗ lực như vậy có thể mất nhiều năm. Trong nghiên cứu mới này, các nhà nghiên cứu ở Pittsburgh đã tìm cách tăng tốc quá trình bằng cách sử dụng các kỹ thuật tự động hóa.

Trọng tâm của hầu hết các thiết kế pin là việc tạo ra chất điện phân pin lithium-ion không chứa nước hoạt động tốt hơn so với những loại pin đã được phát triển trước đó. Các nhà nghiên cứu có xu hướng chụp để tối ưu hóa độ dẫn ion. Để đẩy nhanh quá trình tìm kiếm chúng, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một robot có tên Clio nhận các thành phần được sử dụng để tạo ra chất điện phân và sau đó làm theo một số hướng dẫn để tạo ra một số mẫu.

Sơ đồ của thí nghiệm chế tạo chất điện phân tự động của robot “Clio.” Sử dụng một loạt hai máy bơm lập trình để định lượng và chuyển một mẫu chất lỏng. Ảnh: Nature Communications. Năm 2022.

Sau đó, họ bổ sung một máy tính chạy ứng dụng AI học sâu (gọi là Dragonfly) chấp nhận dữ liệu từ Clio và từ các cảm biến trong chất điện phân do robot sản xuất. Dragonfly đã phân tích mẫu sau đó đề xuất những cải tiến có thể có. Clio đã chấp nhận những cải tiến và sử dụng chúng để tạo ra một mẫu mới. Hệ thống qua lại này được lặp lại nhiều lần (mỗi lần mất khoảng hai ngày) với chất điện giải dần dần được cải thiện. Tại một điểm do các nhà nghiên cứu chỉ định, cặp máy móc ngừng hoạt động, cho phép các nhà nghiên cứu kiểm tra các sản phẩm đã được sản xuất.

Trong thử nghiệm của họ, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng hệ thống ghép nối của họ hoạt động như hy vọng, họ thấy các mẫu chất điện phân được cải thiện dần dần loại tốt nhất được tìm thấy là tốt hơn 13% so với các loại pin hiệu suất cao nhất hiện nay trên thị trường.

Trong tương lai, các nhà nghiên cứu có kế hoạch tiếp tục tinh chỉnh hệ thống của họ để cho phép thử nghiệm nhiều mục tiêu hơn và có lẽ để làm cho nó chạy nhanh hơn.