手机版
首页 >> 科学>> 正文

AI,试验厨房,在路上,计算机模拟为新材料的配方建议

2020-05-22 19:46来源:互联网编辑:小狐

在多伦多大学,Ted Sargent经营着一个类似的试验厨房。他的团队由研究人员和学生组成,食谱,仔细测量和混合配料,评估后果。

Sargent团队的构想之一,其实是用二氧化碳做饭。电气工程师出身的Sargent说,他们的目标是发明配方,把温室气体“升级”成有用的材料。未来的工厂和发电厂可以利用可再生能源,将二氧化碳为可以出售的原材料,或者把它们“抓起来”封存在地下,而不是将污染物直接排放到空气中。

有一类很有前景的配方,是将二氧化碳与其他反应物电轰击,将其为由两个碳原子和四个氢组成的六原子分子乙烯。乙烯是一种用来制造普通塑料的原料,包括超市和拉链袋中的塑料。Sargent认为这是一种很有商业价值的化学品,背后会是大约600亿美元的市场规模。

AI,试验厨房,在路上,计算机模拟为新材料的配方建议(图1)

二氧化碳“升级”图

不过,Sargent工作的真正意义不只是他的食谱多么有意思—他在用人工智能做饭。

Sargent团队通过使用新的人工智能和超级计算机驱动的技术,发现了制造乙烯的新成分,而这些技术在过去十年里在材料科学家中越来越受欢迎。

Sargent与卡内基梅隆大学的Zachary Ulissi合作,后者专门研究如何利用算法发明新材料。

Ulissi模拟了12229张共244种不同晶体的显微特写照片,瞄准了最有希望制造乙烯的候选晶体。特别是,他们希望找到一种材料,能让二氧化碳分解过程中产生的一氧化碳分子更容易粘附。

Ulissi用一台超级计算机进行了一小部分模拟,但这项任务太费时间了,不可能完成所有12229张特写。又所以他用这些超级计算的结果训练了一个机器学习算法,让机器学会怎么快速进行剩下的模拟。

AI,试验厨房,在路上,计算机模拟为新材料的配方建议(图2)

在多伦多大学,Ted Sargent用类似的电子设备来“升级”二氧化碳

正如爱迪生的故事那样,在19世纪70年代,他了3000多种不同的材料,试图为第一个价格合理的白炽灯泡找到合适的灯丝。结果,下个世纪的灯丝是由钨制成的,是爱迪生从未尝试过的一种材料。

同样地,多伦多/卡内基梅隆大学的团队可能也没有找到那个“制胜关键”他们的配方需要大量的电力来制造,这意味着现在用二氧化碳生产乙烯是无利可图的。

Sargent和他的同事正在努力设计更经济可行的食谱。上周《自然》杂志刊登的最新研究中,他们报道了多种新材料的发现,也就是所谓的催化剂,这些新材料能够更快、更节能地将二氧化碳为乙烯。这些催化剂可能是最终使这项技术具有可扩展性的“秘密武器”

“我们需要减少碳足迹,但我们也不想因此而牺牲世界各地的繁荣。”Sargent说。

有了计算机,材料配方不再严格局限于单个科学家的专业知识。为了找到他们的催化剂,Ulissi和Sargent的团队使用了一个名为Materials Project的公共数据库,该数据库旨在将材料科学家作为一个类似Google的搜索引擎来服务。

这个网站包含了超过12万种不同无机化合物的数据。任何人都可以登录,指定他们想研究的原子元素和化学性质,并迅速找到许多候选材料。

AI,试验厨房,在路上,计算机模拟为新材料的配方建议(图3)

科学家们找到让二氧化碳变成塑料的办法

举个例子,Sargent和Ulissi从以前的经验中知道,含铜材料是很好的催化剂,因此他们专门针对由铜制成的非活性合金搜索材料项目,该网站建议从244种晶体开始着手研发。

从这个列表中,算法指出,含铝铜合金可能是最合适的。当这些算法预测出最佳铝铜比以及两种金属的混合均匀程度时,实验室的科学家根据这些预测合成了材料,并将结果反馈到算法中。

计算机和科学家们的“天作之合”使得他们在实验室中发现并生产出17种高效催化剂。

2017年,波音公司下属的研究人员报告说,他们利用AI发明了一种用于3D打印飞机部件的粉末合金。同年,洛斯莫斯国家实验室的研究人员使用AI设计了一种合金,这种合金可以反复加热和冷却而不会减弱。

去年7月,杜拉塞尔公司推出了一款名为Optimum的新型电池,它所含有的新材料,是Persson在2004年首次通过计算机模拟发现的。

石油巨头BP最近也与初创公司Kebotix建立了合作伙伴关系,这家总部位于马萨诸塞州的公司了一种AI驱动的工具,以用于设计更环保的塑料配方。

但是,就算使用了AI和超级计算机,Ulissi和Sargent的团队还是花了大约三年的时间,来鉴定和这些新的催化剂。

Persson说,目前的瓶颈是在实验室中混合和化学物质—算法确实可以起到很大的作用,但你仍然需要在工作台上所有的想法。

“我们不能雇佣学校里的每一个研究生都站在流水线上,去尝试各种各样的可能性,而这些可能性正是计算结果向他们抛出的。”Persson认为,将机器人纳入工作流程将加快材料的发现,这是材料研究的必经之路。

事实上,Kebotix已经开始使用机器人来发现化学物质,首席执行官Jill Becker将其称为“自动驾驶实验室”auto-driving laboratory计算机模拟为新材料的配方建议,机器人则对这些配方进行。

Kebotix的客户可以选择独立使用这些功能,最近就有一家国家卫生研究院实验室使用他们的AI软件,更有效地进行药物实验。

不过,有了机器人,材料的发现还是需要人类的。Sargent表示,算法不是非常精确,合成新材料仍然需要“相当数量的手工制作”

“实验主义者不会让理论家感到惊讶。就算有立式搅拌机、Instapots和面包机,厨房仍然需要一名厨师。”Sargent说。

本文相关词条概念解析:

材料

原料即材料,是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质的统称。材料是物质,有时人们又称原材料,但不是所有物质都可以称为材料。如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物,一般都不算是材料。但是这个定义并不那么严格,如炸药、固体火箭推进剂,一般称之为“含能材料”,因为它属于火炮或火箭的组成部分。这是人们进行物质生产或者生活必备的物质条件和基础。

网友评论Translation

推荐文章

又一个航空发动机巨头遭遇滑铁卢,近万名员工被迫辞职,中国很可能成为唯一的希望
又一个航空发动机巨头遭遇滑铁卢,近万名员工被迫辞职,中国很可能成为唯一的希望
图为罗罗生产的航空发动机近期,又一个航空发动机巨头遭遇滑铁卢,这家公司就是英国著名的罗罗公司,其技术远超乌克兰同行马达西奇,但受疫情影响,罗罗公司的产能正严重下滑,近万名员工被迫辞职,同时这家航空发动
查看详情>>
小店也不应该还是传统小店
小店也不应该还是传统小店
一夜之间,地摊火遍大江南北。会议同时要求推进线上线下深度融合,鼓励实体零售加快数字化转型,建立起多元化、立体式的营销模式,促进消费新业态、新模式、新场景普及应用,为小店经济打开新的发展空间。作为零售行
查看详情>>
但vivo,TWS,Neo真无线耳机展现了vivo一贯简洁,确保音质出众
但vivo,TWS,Neo真无线耳机展现了vivo一贯简洁,确保音质出众
由于现如今的年轻人已经很难抽出整块的时间去进行玩主机游戏之类的娱乐活动,因此听音乐逐渐成了无数年轻人闲暇之余的减压方式,只需要一副耳机和一部手机,用户就能随时随地享受最爱的歌曲。在众多的耳机种类中,真
查看详情>>
京东骑行联合小牛,预售一星期销量破万台
京东骑行联合小牛,预售一星期销量破万台
今年京东618全球年中购物节早在5月25日618启动发布会上就有透露,今年京东618将售出2亿件新品,至少助力150个品牌破亿。京东618历来都是绝佳的新品秀场,6月1日,全球领先的智能城市出行解决方
查看详情>>
vivo,X50,Pro的拍摄能力,微云台可以说是重新定义了手机防抖,放在一众的5G手机中都非常耐打
vivo,X50,Pro的拍摄能力,微云台可以说是重新定义了手机防抖,放在一众的5G手机中都非常耐打
首先,先说说设计。vivo的X系列一直的亮点都是轻薄,这一代也不例外。vivo X50 Pro仅8.04mm厚和181.5g的重量,放在一众的5G手机中都非常耐打。同时,其采用了一块90Hz刷新率+1
查看详情>>
希望马云和马化腾一起反击苹果,内将断供iOS端虚拟支付业务,虚拟支付业务主要指的是充值
希望马云和马化腾一起反击苹果,内将断供iOS端虚拟支付业务,虚拟支付业务主要指的是充值
随着美国制裁华为的方式越来越狠,激起了广大网友不满的情绪,支持华为的呼声愈发高涨,有的网友还建议要抵制美国产品苹果。连近日那些替苹果产品带货的网红和明星、以及用苹果手机奖励员工的老板,都遭到网友们的强
查看详情>>
但是今年的618却传出不一样的声音,选了天猫
但是今年的618却传出不一样的声音,选了天猫
每年的618年中大促都是中国各大厂商、公司的“兵家必争之地”但是往往国外的公司很少参与,毕竟各有各的狂欢节,苹果更是从来不参与中国的本土化营销。但是今年的618却传出不一样的声音:天猫成功地让苹果打破
查看详情>>
特朗普遭猪队友泄密,美国司法部长在采访中透露了一些原因,所以一直打压华为
特朗普遭猪队友泄密,美国司法部长在采访中透露了一些原因,所以一直打压华为
近几年来,自从华为的5G技术冲破壁垒,甚至超越欧美后,美国一直在明里暗里打压华为,先是指使小弟加拿大抓了在温哥华转机的孟晚舟,后来又怂恿别的国家取消和华为的5G合作,最近又对我国发出了新一轮制裁,断供
查看详情>>
刘涛入职阿里巴巴的新闻,企业引入明星员工
刘涛入职阿里巴巴的新闻,企业引入明星员工
今年疫情很多行业的人们都称进入了寒冬期,在这样艰难的情况下,各领域的人们也都开始想尽办法谋生,刘涛入职阿里巴巴的新闻,想必大家都已有所耳闻。阿里巴巴经过10余年的发展,已经成为了国际上非常知名的一个大
查看详情>>
为地摊经济资金支持,新增1小时达服务,百果园已进驻全国80多个城市,快手推出616品质购物节,要闻
为地摊经济资金支持,新增1小时达服务,百果园已进驻全国80多个城市,快手推出616品质购物节,要闻
地摊经济概念股大涨,港股五菱汽车一度暴涨逾120%。昨日,上汽五菱宣布推出“摆摊神车”今日一度暴涨逾120%。零售老板内参点评:真正生产“五菱宏光”的其实是“上汽集团”而不是五菱汽车。继阿里1688推
查看详情>>
广易科技网(www.gooyi.net)| 手机版