წარმოიდგინეთ, რომ ექსტრასენსი თქვენს მშობლებს თქვენი დაბადების დღეს ეუბნება, რამდენ ხანს იცოცხლებთ. მსგავსი გამოცდილება შესაძლებელია ელემენტების ქიმიკოსებისთვის, რომლებიც ახალ გამოთვლით მოდელებს იყენებენ ელემენტის სიცოცხლის ხანგრძლივობის გამოსათვლელად ექსპერიმენტული მონაცემების სულ რაღაც ერთი ციკლის საფუძველზე.

აშშ-ის ენერგეტიკის დეპარტამენტის (DOE) არგონის ეროვნული ლაბორატორიის მკვლევარებმა ახალ კვლევაში მანქანური სწავლების ძალა გამოიყენეს, რათა სხვადასხვა ქიმიური შემადგენლობის ელემენტების სიცოცხლის ხანგრძლივობის პროგნოზირება მოეხდინათ. არგონში შეგროვებული ექსპერიმენტული მონაცემების გამოყენებით, რომლებიც ექვს სხვადასხვა ქიმიურ შემადგენლობას წარმოადგენს, მეცნიერებს შეუძლიათ ზუსტად განსაზღვრონ, რამდენ ხანს გააგრძელებენ სხვადასხვა ელემენტების მუშაობას.

არგონის მკვლევრებმა გამოიყენეს მანქანური სწავლების მოდელები, რათა სხვადასხვა ქიმიური ნივთიერებების ფართო სპექტრისთვის ბატარეის ციკლის ხანგრძლივობის პროგნოზირება გაეკეთებინათ. (სურათი Shutterstock/Sealstep.)

მანქანური სწავლების ალგორითმში მეცნიერები ავარჯიშებენ კომპიუტერულ პროგრამას, რათა გააკეთოს დასკვნები მონაცემთა საწყის ნაკრებზე და შემდეგ იყენებენ ამ ტრენინგიდან მიღებულ ცოდნას მონაცემთა სხვა ნაკრებზე გადაწყვეტილებების მისაღებად.

„ყველა სხვადასხვა სახის ელემენტის გამოყენებისთვის, მობილური ტელეფონებიდან დაწყებული ელექტრომობილებითა და ქსელური დატენვით დამთავრებული, ელემენტის სიცოცხლის ხანგრძლივობა ფუნდამენტური მნიშვნელობისაა ყველა მომხმარებლისთვის“, - თქვა კვლევის ავტორმა, Argonne-ის გამოთვლითმა მეცნიერმა ნოა პოლსონმა. „ელემენტის ათასობითჯერ გადამუშავებას, სანამ ის არ გაფუჭდება, შეიძლება წლები დასჭირდეს; ჩვენი მეთოდი ქმნის ერთგვარ გამოთვლით სატესტო სამზარეულოს, სადაც შეგვიძლია სწრაფად დავადგინოთ, თუ როგორ იმუშავებენ სხვადასხვა ელემენტები“.

„ამჟამად, ბატარეის ტევადობის შემცირების შეფასების ერთადერთი გზა მისი ციკლირებაა“, - დასძინა კვლევის კიდევ ერთმა ავტორმა, არგონელმა ელექტროქიმიკოსმა სიუზან „სუ“ ბაბინეკმა. „ეს ძალიან ძვირია და დიდ დროს მოითხოვს“.

პოლსონის თქმით, ელემენტის ხანგრძლივობის დადგენის პროცესი შეიძლება რთული იყოს. „რეალობა ისაა, რომ ელემენტები სამუდამოდ არ ძლებს და მათი ხანგრძლივობა დამოკიდებულია იმაზე, თუ როგორ ვიყენებთ მათ, ასევე მათ დიზაინსა და ქიმიურ შემადგენლობაზე“, - თქვა მან. „აქამდე ნამდვილად არ არსებობდა კარგი გზა იმის გასაგებად, თუ რამდენ ხანს გაძლებს ელემენტი. ხალხს მოუნდება იმის ცოდნა, თუ რამდენ ხანს დასჭირდება ახალი ელემენტის შეძენა“.

კვლევის ერთ-ერთი უნიკალური ასპექტი ის არის, რომ იგი ეყრდნობოდა Argonne-ში ჩატარებულ ვრცელ ექსპერიმენტულ სამუშაოებს ბატარეის კათოდის სხვადასხვა მასალებზე, განსაკუთრებით Argonne-ის დაპატენტებულ ნიკელ-მანგანუმ-კობალტის (NMC) ბაზაზე დაფუძნებულ კათოდზე. „ჩვენ გვქონდა ბატარეები, რომლებიც წარმოადგენდნენ სხვადასხვა ქიმიურ შემადგენლობას, რომლებსაც ჰქონდათ სხვადასხვა დეგრადაციისა და უკმარისობის გზები“, - თქვა პოლსონმა. „ამ კვლევის ღირებულება ის არის, რომ მან მოგვცა სიგნალები, რომლებიც დამახასიათებელია სხვადასხვა ბატარეის მუშაობისთვის“.

პოლსონის თქმით, ამ სფეროში შემდგომმა კვლევებმა შესაძლოა ლითიუმ-იონური ბატარეების მომავალი განსაზღვროს. „ერთ-ერთი, რისი გაკეთებაც შეგვიძლია, არის ალგორითმის ცნობილ ქიმიურ ნივთიერებაზე გადამზადება და მისთვის უცნობი ქიმიური ნივთიერების პროგნოზების გაკეთება“, - თქვა მან. „არსებითად, ალგორითმმა შეიძლება დაგვეხმაროს ახალი და გაუმჯობესებული ქიმიური ნივთიერებებისკენ მიმავალ გზაზე მიგვიყვანოს, რომლებიც უფრო ხანგრძლივ სიცოცხლის ხანგრძლივობას გვთავაზობენ“.

ამ გზით, პოლსონი თვლის, რომ მანქანური სწავლების ალგორითმს შეუძლია დააჩქაროს ბატარეის მასალების შემუშავება და ტესტირება. „ვთქვათ, გაქვთ ახალი მასალა და რამდენჯერმე ახდენთ მის ციკლიზაციას. შეგიძლიათ გამოიყენოთ ჩვენი ალგორითმი მისი ხანგრძლივობის პროგნოზირებისთვის და შემდეგ მიიღოთ გადაწყვეტილებები, გსურთ თუ არა მისი ექსპერიმენტული ციკლის გაგრძელება“.

„თუ ლაბორატორიაში მკვლევარი ხართ, შეგიძლიათ უფრო მეტი მასალა აღმოაჩინოთ და გამოსცადოთ უფრო მოკლე დროში, რადგან მათი შეფასების უფრო სწრაფი გზა გაქვთ“, - დასძინა ბაბინეკმა.

კვლევაზე დაფუძნებული ნაშრომი, ​მანქანური სწავლების ფუნქციების ინჟინერიამ ბატარეის ხანგრძლივობის ადრეული პროგნოზირება უზრუნველყო„“, გამოქვეყნდა ჟურნალ „ენერგიის წყაროების“ 25 თებერვლის ონლაინ გამოცემაში.

პოლსონისა და ბაბინეკის გარდა, ნაშრომის სხვა ავტორები არიან არგონის წარმომადგენელი ჯოზეფ კუბალი, ლოგან უორდი, საურაბ საქსენა და ვენკუან ლუ.

კვლევა დაფინანსდა არგონის ლაბორატორიის მიერ მართული კვლევისა და განვითარების (LDRD) გრანტით.