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- Posted By: Capuano Edoardo
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I ricercatori dell'Università di Liverpool hanno creato uno strumento di intelligenza artificiale collaborativo che riduce il tempo e lo sforzo richiesto per scoprire materiali veramente nuovi.
La selezione degli elementi per combinare delimita i possibili risultati della chimica sintetica perché determina la gamma di composizioni e strutture, e quindi proprietà, che possono sorgere. Ad esempio, nello stato solido, i componenti elementali di un campo di fase determinano la probabilità di trovare un nuovo materiale cristallino. I ricercatori fanno queste scelte in base alla loro comprensione della struttura e del legame chimico. I dati ampi sono disponibili su quelle combinazioni di elementi che producono materiali sinteticamente isolabili, ma è difficile assimilare la scala di queste informazioni per guidare la selezione dalla diversità di potenziali nuove chimiche.
Descritto nel Journal Nature Communications (1), il nuovo strumento ha già portato alla scoperta di quattro nuovi materiali tra cui una nuova famiglia a stato solido che conducono il litio. Tali elettroliti solidi saranno fondamentali per lo sviluppo di batterie a stato solido che offrono una gamma più lunga e una maggiore sicurezza per i veicoli elettrici. Ulteriori materiali promettenti sono in fase di sviluppo.
Lo strumento riunisce l'intelligenza artificiale con le conoscenze umane per dare la priorità a quelle parti dello spazio chimico inesplorato in cui sono più probabilmente nuovi materiali funzionali.
La scoperta dei nuovi materiali funzionali è un viaggio ad alto rischio, complesso e spesso lungo in quanto vi è uno spazio infinito di possibili materiali accessibili combinando tutti gli elementi nella tabella periodica, e non è noto dove ne esistono di nuovi.
Il nuovo strumento AI (Artificial Intelligence) è stato sviluppato da un team di ricercatori dell'University of Liverpool’s Department of Chemistry and Materials Innovation Factory, guidata dal professor Matt Rosseinsky (2), per affrontare questa sfida.
Lo strumento esamina le relazioni tra materiali noti su una scala irraggiungibile dagli esseri umani. Queste relazioni sono utilizzate per identificare e classificare numericamente combinazioni di elementi che potrebbero formare nuovi materiali. Le classifiche sono utilizzate dagli scienziati per guidare l'esplorazione del grande spazio chimico sconosciuto in modo mirato, facendo un'indagine sperimentale molto più efficiente. Tali scienziati effettuano le decisioni finali, informati dalla diversa prospettiva offerta dall'Artificial Intelligence (AI).
Il dottor Matt Rosseinsky ha dichiarato: «Ad oggi, un approccio comune e potente è stato quello di progettare nuovi materiali da parte della stretta analogia con quelli esistenti, ma questo spesso porta a materiali simili a quelli che abbiamo già. Abbiamo quindi bisogno di nuovi strumenti che riducono il tempo e lo sforzo richiesto per scoprire materiali veramente nuovi, come quello sviluppato qui che combina l'intelligenza artificiale e l'intelligenza umana per ottenere il meglio di entrambi. Questo approccio collaborativo combina la capacità dei computer di esaminare le relazioni tra diverse centinaia di migliaia di materiali noti, una scala irraggiungibile per gli esseri umani e la conoscenza degli esperti e il pensiero critico dei ricercatori umani che portano ai progressi creativi. Questo strumento è un esempio di uno dei tanti approcci collaborativi di intelligenza artificiale che potrebbero beneficiare gli scienziati in futuro».
La capacità della società di risolvere le sfide globali come l'energia e la sostenibilità è limitata dalla nostra abilita nel progettare e rendere i materiali con funzioni mirate, come i migliori assorbitori solari che producono migliori pannelli solari o materiali per batterie più evolute che possano rendere le auto elettriche più efficienti, o sostituendo i materiali esistenti utilizzando elementi meno tossici.
Questi nuovi materiali creano benefici sociali guidando nuove tecnologie per affrontare le sfide globali, e rivelano anche nuovi fenomeni scientifici e conoscenza. Tutte le moderne elettroniche portatili sono abilitate dai materiali nelle batterie agli ioni di litio, sviluppate negli anni '80, che sottolineano come solo una classe di particolari materiali può trasformare in modo in cui viviamo. È evidente che in futuro nuovi materiali più sofisticati permetteranno possibilità tecnologiche inimmaginabili.
La ricerca è stata sostenuta dalla Engineering and Physical Sciences Research Council, dalla Leverhulme Trust, e dalla Faraday Institution.L'Università di Liverpool è uno dei principali istituti di ricerca del Regno Unito con un fatturato annuo di 583,5 milioni di sterline. Liverpool è un membro del Gruppo Russell.
Una collaborazione tra l'Università di Liverpool e Unilever, la fabbrica di innovazione dei materiali riunisce le competenze di chimica dei materiali con l'ultima metodologia computazionale e attrezzature robotiche per accelerare la ricerca e ridurre il tempo necessario per sviluppare nuovi prodotti che hanno il potenziale per affrontare una gamma di sfide sociali. (3)
Il Leverhulme Research Centre for Functional Materials Design è un centro interdisciplinare presso l'Università del Liverpool che riunisce la scienza fisica e informatica per trasformare la scoperta di nuovi materiali. (4)
Riferimenti:
(3) Materials Innovation Factory - University of Liverpool
(4) Leverhulme Research Centre for Functional Materials Design - University of Liverpool
Descrizione foto: L'utensile AI (Artificial Intelligence) collaborativo accelera la scoperta dei materiali. - Credit: University of Liverpool.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: AI tool accelerates discovery of new materials