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美军用AI技术开发燃料电池电池或5年后投用

美军用AI技术开发燃料电池电池或5年后投用

前线士兵无法快速充电,因此更依赖电池来为他们的夜视、无线电、小型传感器、操控无人机的便携式笔记本电脑和其他作战必需品供电。如果没有前进所需的电池动力,士兵们可能被迫撤退,甚至受到敌人火力的攻击。

美国陆军研究实验室正在更广泛的背景下资助康奈尔大学设计小型、便携式、轻量级和更持久的燃料电池,来为士兵的上述作战设备发电。

/广州日报全媒体记者温俊华编译

新实验专注研发全新燃料电池

当陆军步兵下车攻击敌人的防御工事时;当他们冒着敌人的火力快速移动,寻找继续进攻的最佳位置时,士兵使用的电池的寿命可以决定任务的成败,甚至决定生死。

据陆军研究办公室网络科学分部主任艾耶博士介绍,目前,更大的形状因子燃料电池已经存在。例如,燃料电池现在被集成到美军艾布拉姆斯坦克的辅助动力单元中,用以增强和扩展坦克传感器、武器、机载电子和计算机系统的性能。在装甲战斗车辆的现代化功能快速发展的同时,它们对电力的需求也日益增加。

然而,与目前正在进行的开发适合大型战斗车辆燃料电池的工作截然不同,新的实验专注于研发全新的燃料电池––当前大多数燃料电池都是通过氧化氢来发电的,新方法希望用甲醇取代氢。

据报道,康奈尔大学研究团队开发了一个人工智能系统,该系统发现一种有望制造更高效燃料电池的材料。该系统依赖于一组算法机器人(14.780, -0.12, -0.81%),其中的每个机器人都执行不同的任务,通过筛选数百到数千种元素的组合,创建一个相位图––原子之间的排列关系,然后研究人员可以用它来确定哪一种组合可能作为新材料。

研究人员表示,这项研究是材料科学和机器学习领域的一个潜在突破。基础科学研究最令人兴奋的部分是,你不能总是预测研究结果的走向。艾耶博士称,尽管材料科学的应用,如新型合金的设计,一直都是有可能实现的,但因为实验的偶然性,我们发现催化剂有助于设计更好的燃料电池,这有助于解决一个对军队极其重要的问题––战场上的电池动力。

制造

燃料电池通过氧化氢来发电

在美军艾布拉姆斯坦克辅助动力单元中,燃料电池用以增强和扩展坦克传感器、武器、机载电子和计算机系统的性能。

研发

燃料电池用甲醇取代氢

AI寻找关键催化剂,用甲醇替代难以储存的氢。

催化剂由三种元素结晶成一定的结构,对甲醇氧化有效,可用于甲醇燃料电池。

电池或能在5年后投入使用,以一种更安全和容易运输的形式提供给士兵,将对士兵在战场上的表现产生正面影响。

AI寻找催化剂

寻求改进汽车燃料电池的研究人员正在寻找一种催化剂,这种催化剂能在燃料电池中用甲醇替代难以储存的氢,而甲醇的效率可能要高得多。但是,由于没有已知的材料是甲醇氧化的有效催化剂,因此需要一种新材料。加州理工学院的科学家格雷戈尔博士说,如果存在一种可行的催化剂,就需要通过结合元素周期表中的元素来发现它,而组合的数量是如此之多,用传统的实验是无法做到的。

人类可以解决包含两个元素的简单合成系统的相位图。格雷戈尔说,但当有两个以上元素时,人类需要处理的信息就会太多,我们需要人工智能的帮助。

然而,因为科学发现有着严格的限制,现有的机器学习方法并不适用。在科学发现中,解决方案不但要可信的,而且必须遵守物理和化学定律。

为了迎接这一挑战,康奈尔大学计算机科学教授、计算可持续性研究所所长戈梅斯和同事们开发了一个名为晶体相位映射的系统。该系统中设定了很多不同的任务,包括预测各种组合的相位结构和确保这些预测符合热力学规则,多个机器人分别负责问题的不同部分。

灵感来自沃森超级计算机

戈梅斯说,晶体相位映射系统的灵感部分来自IBM的沃森超级计算机。

沃森超级计算机利用一个由人工智能代理人组成的社区,想出各种可能的解决方案,在智力问答节目《危险边缘》中击败了人类冠军。

利用该系统,研究人员能够识别出一种独特的催化剂,该催化剂由三种元素结晶成一定的结构,对甲醇氧化有效,可用于甲醇燃料电池。这个研究确实推动了人工智能的前沿,让它能得出有物理意义的解决方案。这是一个重要的发现,挑战了我们对催化的理解,也是设计下一代催化剂的一个重要研究方向。戈梅斯说。

这项研究的结果是让电池更耐用、能够以一种更安全和容易运输的形式提供给士兵,这将对士兵在战场上的表现产生巨大的正面影响。艾耶说。

据报道,这种新型电池或能在5年后投入使用。

(广州日报)
 

2019-09-06
 
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