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編者按：為解決戰(zhàn)場(chǎng)士兵移動(dòng)設(shè)備供電的問(wèn)題，美國(guó)陸軍研究所一直致力于研究開(kāi)發(fā)小型、便攜式、輕量級(jí)和更持久的燃料電池，據(jù)報(bào)道，康奈爾大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)人工智能系統(tǒng)，該系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)一種有望制造更高效燃料電池的材料。

前線士兵無(wú)法快速充電，因此更依賴電池來(lái)為他們的夜視、無(wú)線電、小型傳感器、操控?zé)o人機(jī)的便攜式筆記本電腦和其他作戰(zhàn)必需品供電。如果沒(méi)有前進(jìn)所需的電池動(dòng)力，士兵們可能被迫撤退，甚至受到敵人火力的攻擊。

美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室正在更廣泛的背景下資助康奈爾大學(xué)設(shè)計(jì)小型、便攜式、輕量級(jí)和更持久的燃料電池，來(lái)為士兵的上述作戰(zhàn)設(shè)備發(fā)電。 

新實(shí)驗(yàn)專(zhuān)注研發(fā)全新燃料電池

當(dāng)陸軍步兵下車(chē)攻擊敵人的防御工事時(shí)；當(dāng)他們冒著敵人的火力快速移動(dòng)，尋找繼續(xù)進(jìn)攻的最佳位置時(shí)，士兵使用的電池的“壽命”可以決定任務(wù)的成敗，甚至決定生死。

據(jù)陸軍研究辦公室網(wǎng)絡(luò)科學(xué)分部主任艾耶博士介紹，目前，更大的形狀因子燃料電池已經(jīng)存在。例如，燃料電池現(xiàn)在被集成到美軍艾布拉姆斯坦克的“輔助動(dòng)力單元”中，用以增強(qiáng)和擴(kuò)展坦克傳感器、武器、機(jī)載電子和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。在裝甲戰(zhàn)斗車(chē)輛的現(xiàn)代化功能快速發(fā)展的同時(shí)，它們對(duì)電力的需求也日益增加。

然而，與目前正在進(jìn)行的開(kāi)發(fā)適合大型戰(zhàn)斗車(chē)輛燃料電池的工作截然不同，新的實(shí)驗(yàn)專(zhuān)注于研發(fā)全新的燃料電池——當(dāng)前大多數(shù)燃料電池都是通過(guò)“氧化”氫來(lái)發(fā)電的，新方法希望用甲醇取代氫。

據(jù)報(bào)道，康奈爾大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)人工智能系統(tǒng)，該系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)一種有望制造更高效燃料電池的材料。該系統(tǒng)依賴于一組算法機(jī)器人(14.780, -0.12, -0.81%)，其中的每個(gè)機(jī)器人都執(zhí)行不同的任務(wù)，通過(guò)篩選數(shù)百到數(shù)千種元素的組合，創(chuàng)建一個(gè)相位圖——原子之間的排列關(guān)系，然后研究人員可以用它來(lái)確定哪一種組合可能作為新材料。

研究人員表示，這項(xiàng)研究是材料科學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的一個(gè)潛在突破。“基礎(chǔ)科學(xué)研究最令人興奮的部分是，你不能總是預(yù)測(cè)研究結(jié)果的走向。”艾耶博士稱(chēng)，“盡管材料科學(xué)的應(yīng)用，如新型合金的設(shè)計(jì)，一直都是有可能實(shí)現(xiàn)的，但因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的偶然性，我們發(fā)現(xiàn)催化劑有助于設(shè)計(jì)更好的燃料電池，這有助于解決一個(gè)對(duì)軍隊(duì)極其重要的問(wèn)題——戰(zhàn)場(chǎng)上的電池動(dòng)力。”

制造

燃料電池通過(guò)“氧化”氫來(lái)發(fā)電

在美軍艾布拉姆斯坦克“輔助動(dòng)力單元”中，燃料電池用以增強(qiáng)和擴(kuò)展坦克傳感器、武器、機(jī)載電子和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。

研發(fā)

燃料電池用甲醇取代氫

用AI尋找關(guān)鍵催化劑，用甲醇替代難以儲(chǔ)存的氫。

催化劑由三種元素結(jié)晶成一定的結(jié)構(gòu)，對(duì)甲醇氧化有效，可用于甲醇燃料電池。

電池或能在5年后投入使用，以一種更安全和容易運(yùn)輸?shù)男问教峁┙o士兵,將對(duì)士兵在戰(zhàn)場(chǎng)上的表現(xiàn)產(chǎn)生正面影響。

用AI尋找催化劑

“尋求改進(jìn)汽車(chē)燃料電池的研究人員正在尋找一種催化劑，這種催化劑能在燃料電池中用甲醇替代難以儲(chǔ)存的氫，而甲醇的效率可能要高得多。但是，由于沒(méi)有已知的材料是甲醇氧化的有效催化劑，因此需要一種新材料。”加州理工學(xué)院的科學(xué)家格雷戈?duì)柌┦空f(shuō)，“如果存在一種可行的催化劑，就需要通過(guò)結(jié)合元素周期表中的元素來(lái)發(fā)現(xiàn)它，而組合的數(shù)量是如此之多，用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)是無(wú)法做到的。”

“人類(lèi)可以解決包含兩個(gè)元素的簡(jiǎn)單合成系統(tǒng)的相位圖。”格雷戈?duì)栒f(shuō)，“但當(dāng)有兩個(gè)以上元素時(shí)，人類(lèi)需要處理的信息就會(huì)太多，我們需要人工智能的幫助。”
然而，因?yàn)榭茖W(xué)發(fā)現(xiàn)有著嚴(yán)格的限制，現(xiàn)有的機(jī)器學(xué)習(xí)方法并不適用。在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中，解決方案不但要可信的，而且必須遵守物理和化學(xué)定律。

為了迎接這一挑戰(zhàn)，康奈爾大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)教授、計(jì)算可持續(xù)性研究所所長(zhǎng)戈梅斯和同事們開(kāi)發(fā)了一個(gè)名為“晶體相位映射”的系統(tǒng)。該系統(tǒng)中設(shè)定了很多不同的任務(wù)，包括預(yù)測(cè)各種組合的相位結(jié)構(gòu)和確保這些預(yù)測(cè)符合熱力學(xué)規(guī)則，多個(gè)機(jī)器人分別負(fù)責(zé)問(wèn)題的不同部分。

靈感來(lái)自沃森超級(jí)計(jì)算機(jī)

戈梅斯說(shuō)，“晶體相位映射”系統(tǒng)的靈感部分來(lái)自IBM的沃森超級(jí)計(jì)算機(jī)。

沃森超級(jí)計(jì)算機(jī)利用一個(gè)由人工智能代理人組成的社區(qū)，想出各種可能的解決方案，在智力問(wèn)答節(jié)目《危險(xiǎn)邊緣》中擊敗了人類(lèi)冠軍。

利用該系統(tǒng)，研究人員能夠識(shí)別出一種獨(dú)特的催化劑，該催化劑由三種元素結(jié)晶成一定的結(jié)構(gòu)，對(duì)甲醇氧化有效，可用于甲醇燃料電池。“這個(gè)研究確實(shí)推動(dòng)了人工智能的前沿，讓它能得出有物理意義的解決方案。這是一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)，挑戰(zhàn)了我們對(duì)催化的理解，也是設(shè)計(jì)下一代催化劑的一個(gè)重要研究方向。”戈梅斯說(shuō)。

“這項(xiàng)研究的結(jié)果是讓電池更耐用、能夠以一種更安全和容易運(yùn)輸?shù)男问教峁┙o士兵,這將對(duì)士兵在戰(zhàn)場(chǎng)上的表現(xiàn)產(chǎn)生巨大的正面影響。”艾耶說(shuō)。

據(jù)報(bào)道，這種新型電池或能在5年后投入使用。

原標(biāo)題：美軍用AI技術(shù)開(kāi)發(fā)燃料電池電池 或5年后投用