Szukanie nowych materiałów to zajęcie wysokiego ryzyka. Jest czasochłonne i nadzwyczaj skomplikowane, ponieważ naukowcy muszą poruszać się po omacku, łącząc ze sobą różne pierwiastki z układu okresowego. Ilość takich połączeń jest niezliczona – próbując na chybił trafił, nigdy nie ma się pewności, czy dokona się istotnego odkrycia, czy tylko straci czas.

By poradzić sobie z tym problemem, chemicy z Uniwersytetu w Liverpoolu napisali program wykorzystujący uczenie maszynowe. Sztuczna inteligencja dostała konkretne zadanie: badała relacje między już istniejącymi materiałami na ogromną skalę. Następnie zaś zidentyfikowała i sklasyfikowała możliwe kombinacje pierwiastków, które mogłyby dać nowe materiały.

Klasyfikacja pomogła skupić się naukowcom na tych związkach chemicznych, które dawały największą szansę na interesujące odkrycie. Nowe naukowe podejście okazało się skuteczne. W czasopiśmie naukowym „Nature Communications” badacze ogłosili właśnie, że z pomocą sztucznej inteligencji udało im się znaleźć cztery nieznane wcześniej materiały. Jeden z nich to zupełnie nowa rodzina elektrolitów stałych – substancji wchodzących w skład baterii, które mają szansę zmienić m.in. elektryczną motoryzację.

Co to są stałe elektrolity?

Dobrze nam znane ciekłe elektrolity to substancje, które po rozpuszczeniu (najczęściej w wodzie, choć niekoniecznie) będą przewodzić prąd. Istnieją jednak również elektrolity stałe – są to po prostu ciała stałe przewodzące prąd. W pewnych warunkach przewodnikiem jest np. jodek srebra.

Elektrolity stałe są składnikiem akumulatorów półprzewodnikowych. To zupełnie inny rodzaj baterii niż popularne akumulatory litowo-jonowe, składające się z dwóch elektrod oraz przewodzącej cieczy (zawierającą sole litu). Akumulatory półprzewodnikowe mogą być ich następcami: mają większą pojemność i rzadziej wymagają ładowania.

Naukowcy z Liverpoolu z pomocą sztucznej inteligencji stworzyli syntetyczny związek litu, cyny, siarki i chloru – Li3.3SnS3.3Cl0.7. Praca opisuje szczegółowo, w jaki sposób doszło do opracowania tego nowego stałego elektrolitu.

Co daje współpraca ze sztuczną inteligencją?

Nasze narzędzie stanowi przykład tego, jak w nauce przyszłości może procentować współpraca ze sztuczną inteligencją – komentuje prof. Matt Rosseinsky, główny autor pracy. I dodaje, że obecnie tworzenie nowych materiałów dokonywało się przez modyfikowanie już znanych, co często prowadziło do stworzenia substancji o właściwościach bardzo podobnych do już istniejących.

– Połączenie inteligencji ludzkiej i sztucznej pozwala wykorzystać najlepsze strony obu – mówi Rosseinsky. – Komputery mają zdolność badania związków nawet między setkami tysięcy różnych materiałów, czyli w skali niedostępnej dla ludzi. Z kolei ludzie, z ekspercką wiedzą i krytycznym myśleniem, potrafią dokonywać kreatywnych przełomów – dodaje.

Po co nam nowe materiały?

Oczywiście można się zastanawiać, po co w ogóle poszukuje się zupełnie nowych substancji. Zdaniem naukowców ich znalezienie może być kluczowe dla uczynienia naszego transportu oraz elektroniki bardziej przyjaznymi dla środowiska. Moglibyśmy uzyskać nowe, lepsze panele fotowoltaiczne albo konstruować urządzenia niewymagające do działania pierwiastków ziem rzadkich.
 
Co więcej, istotną zmianę może przenieść zaledwie jedno celne odkrycie. Cała nasza przenośna elektronika uzależniona jest od baterii litowo-jonowych – klasy materiałów, która została opracowana wcale nie tak dawno, bo zaledwie w latach 80. XX wieku.

Źródło: Nature Communications