L'intelligenza artificiale aiuta a sostituire i materiali
Sono molte le ragioni per cui le aziende devono sostituire singole materie prime o materiali con altri. La ricerca di alternative richiede molto tempo e spesso si conclude con un fallimento. Un gruppo di ricerca del Fraunhofer IPA ha ora sviluppato uno strumento supportato dall'intelligenza artificiale per la sostituzione dei materiali.
Il cobalto è utilizzato nelle batterie agli ioni di litio per i veicoli elettrici e svolge quindi un ruolo importante nella transizione energetica. Tuttavia, il metallo grigio-argento è una materia prima critica per diversi motivi: Il cobalto è raro. Costituisce solo lo 0,004% della crosta terrestre. Le riserve mondiali di cobalto conosciute sono stimate in 7,2 milioni di tonnellate. Più della metà di queste, circa quattro milioni di tonnellate, si trovano nel territorio della Repubblica Democratica del Congo. Le condizioni di lavoro nelle miniere di questo instabile Paese dell'Africa centrale sono spesso pessime e i danni ambientali causati dall'estrazione del minerale sono ingenti.
Che si tratti di mancanza di sicurezza di approvvigionamento, di prezzi troppo alti sul mercato globale, di preoccupazioni etiche, di divieti o di innovazioni di prodotto con migliori proprietà del materiale: Sono molte le ragioni che spingono le aziende a cercare materiali alternativi. "Esistono banche dati che gli sviluppatori di prodotti possono utilizzare per la ricerca. Tuttavia, spesso non forniscono risultati utili perché non tengono conto dell'esatta applicazione in azienda", afferma Charlotte Schmidt del team di ricerca Sustainability and Material Compliance Management del Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA di Stoccarda.
L'intelligenza artificiale setaccia le pubblicazioni scientifiche
Per facilitare la ricerca e ottenere risultati più adeguati, Schmidt e due colleghi hanno sviluppato uno strumento di sostituzione dei materiali supportato dall'intelligenza artificiale. Tramite una schermata di input, gli utenti devono innanzitutto inserire dettagli specifici sul materiale o sulla materia prima che desiderano sostituire, quindi specificare le proprietà richieste del materiale alternativo e informazioni sul contesto di utilizzo del materiale desiderato. Segue una ricerca AI, che cerca nel database "Semantic Scholar" in base ai dati specifici e ai requisiti dell'utente. Confrontando i dati inseriti dall'utente con le informazioni disponibili nel database, l'IA identifica i materiali alternativi più adatti.
Il collegamento dell'IA per la sostituzione dei materiali è solo una delle numerose componenti con cui i ricercatori supportano le aziende nella ricerca di materie prime, materiali o sostanze chimiche alternative. Una volta completato il suo compito, l'IA sottopone i sostituti proposti e i materiali di partenza a una valutazione completa, tenendo conto degli aspetti legali, ecologici e sociali, nonché della sicurezza dell'approvvigionamento. In stretto dialogo con la rispettiva azienda, gli scienziati verificano poi come i materiali proposti soddisfino esattamente i requisiti specifici. Alla fine del processo viene redatto un rapporto. Questa presenta i sostituti più adatti e la valutazione dei vari criteri. Gli scienziati forniscono così alle aziende una solida base decisionale.
I test iniziali dimostrano che: La connessione AI è promettente
Lo strumento di sostituzione dei materiali supportato dall'intelligenza artificiale suggerisce il ferro come alternativa al cobalto. "Non è una nuova scoperta che il fosfato di ferro e litio possa essere utilizzato per i catodi delle batterie al posto dell'ossido di cobalto nichel manganese", afferma Schmidt. "Ma questo e altri risultati ci hanno dimostrato che la connessione con l'IA è promettente nella ricerca di materiali alternativi".
Il progetto di ricerca
Lo strumento di sostituzione dei materiali supportato dall'intelligenza artificiale è stato sviluppato nell'ambito del progetto di ricerca "Ultra-Efficiency Factory - Deep Dive", che è stato avviato nell'aprile 2024 e durerà fino alla fine di agosto 2025. Il progetto di ricerca è sostenuto dal Ministero del Baden-Württemberg per l'Ambiente, la Protezione del Clima e il Settore Energetico con un totale di 1,4 milioni di euro. Al progetto partecipano anche altri partner industriali e scientifici.
