前線士兵無法快速充電，因此更依賴電池來為他們的夜視、無線電、小型傳感器、操控無人機的便攜式筆記本電腦和其他特種必需品供電。如果沒有前進所需的電池動力，士兵們可能被迫撤退，甚至受到敵人火力的攻擊。

美國陸軍研究實驗室正在更廣泛的背景下資助康奈爾大學(xué)設(shè)計小型、便攜式、輕量級和更持久的燃料電池，來為士兵的上述特種設(shè)備發(fā)電。

新實驗專注研發(fā)全新燃料電池

當陸軍步兵下車攻擊敵人的防御工事時；當他們冒著敵人的火力快速移動，尋找繼續(xù)進攻的最佳位置時，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“輔助動力單元”中，用以增強和擴展坦克傳感器、武器、機載電子和計算機系統(tǒng)的性能。在裝甲戰(zhàn)斗車輛的現(xiàn)代化功能快速發(fā)展的同時，它們對電力的需求也日益增加。

然而，與目前正在進行的開發(fā)適合大型戰(zhàn)斗車輛燃料電池的工作截然不同，新的實驗專注于研發(fā)全新的燃料電池——當前大多數(shù)燃料電池都是通過“氧化”氫來發(fā)電的，新方法希望用甲醇取代氫。

據(jù)報道，康奈爾大學(xué)研究團隊開發(fā)了一個人工智能系統(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)依賴于一組算法機器人，其中的每個機器人都執(zhí)行不同的任務(wù)，通過篩選數(shù)百到數(shù)千種元素的組合，創(chuàng)建一個相位圖——原子之間的排列關(guān)系，然后研究人員可以用它來確定哪一種組合可能作為新材料。

研究人員表示，這項研究是材料科學(xué)和機器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的一個潛在突破。“基礎(chǔ)科學(xué)研究最令人興奮的部分是，你不能總是預(yù)測研究結(jié)果的走向。”艾耶博士稱，“盡管材料科學(xué)的應(yīng)用，如新型合金的設(shè)計，一直都是有可能實現(xiàn)的，但因為實驗的偶然性，我們發(fā)現(xiàn)催化劑有助于設(shè)計更好的燃料電池，這有助于解決一個對軍隊極其重要的問題——戰(zhàn)場上的電池動力。”

通過“氧化”氫來發(fā)電

在美軍艾布拉姆斯坦克“輔助動力單元”中，燃料電池用以增強和擴展坦克傳感器、武器、機載電子和計算機系統(tǒng)的性能。

用甲醇取代氫

用AI尋找關(guān)鍵催化劑，用甲醇替代難以儲存的氫。

催化劑由三種元素結(jié)晶成一定的結(jié)構(gòu)，對甲醇氧化有效，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輸?shù)男问教峁┙o士兵,將對士兵在戰(zhàn)場上的表現(xiàn)產(chǎn)生正面影響。

用AI尋找催化劑

“尋求改進汽車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存的氫，而甲醇的效率可能要高得多。但是，由于沒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)家格雷戈爾博士說，“如果存在一種可行的催化劑，就需要通過結(jié)合元素周期表中的元素來發(fā)現(xiàn)它，而組合的數(shù)量是如此之多，用傳統(tǒng)的實驗是無法做到的。”

“人類可以解決包含兩個元素的簡單合成系統(tǒng)的相位圖。”格雷戈爾說，“但當有兩個以上元素時，人類需要處理的信息就會太多，我們需要人工智能的幫助。”

然而，因為科學(xué)發(fā)現(xiàn)有著嚴格的限制，現(xiàn)有的機器學(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)計算機科學(xué)教授、計算可持續(xù)性研究所所長戈梅斯和同事們開發(fā)了一個名為“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)測各種組合的相位結(jié)構(gòu)和確保這些預(yù)測符合熱力學(xué)規(guī)則，多個機器人分別負責問題的不同部分。

靈感來自沃森超級計算機

戈梅斯說，“晶體相位映射”系統(tǒng)的靈感部分來自IBM的沃森超級計算機。

沃森超級計算機利用一個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，在智力問答節(jié)目《危險邊緣》中擊敗了人類冠軍。

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

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

據(jù)報道，這種新型電池或能在5年后投入使用。