2022
Матеріалознавці з Пенсильванського університету поєднали можливості великої мовної моделі з експертною роботою людей і знайшли новий склад безсвинцевої п’єзоелектричної кераміки. Створений матеріал перетворює механічні коливання на електричний заряд і після додаткової обробки показав характеристики, конкурентні з уже відомими системами.
П’єзоелектричні матеріали створюють електричний сигнал, коли їх стискають, згинають або піддають вібрації. Завдяки цьому їх можна використовувати в датчиках і невеликих автономних пристроях, де енергію отримують безпосередньо з руху навколишнього середовища.
Пошук нових керамічних складів традиційно вимагає великої кількості проб і помилок. Команда запропонувала триетапну схему: модель аналізує закономірності в десятиліттях опублікованих досліджень і пропонує перспективні композиції, фахівці відсіюють варіанти на основі знань фізики та хімії, а після цього відібрані кандидати синтезують і перевіряють у лабораторії.
Зі сформованого списку вчені зосередилися на матеріалі на основі ніобату калію-натрію, позначеному як KNN-BNKZT-SCZ. Початковий зразок мав п’єзоелектричну сталу близько 440 пікокулонів на ньютон. Це означало приблизно утричі більший електричний відгук від тієї самої механічної дії порівняно зі звичайними матеріалами на основі ніобату калію-натрію.
Потім властивості покращили за допомогою кристалографічного текстурування — зерна в кераміці орієнтували так, щоб підсилити електричний відгук. Показник зріс приблизно до 620 пікокулонів на ньютон, а матеріал при цьому зберігав робочі характеристики за температури до 160 градусів Цельсія.
Щоб перевірити не лише лабораторні параметри, кераміку встановили у магніто-механо-електричний збирач енергії. Пристрій перетворює механічні й магнітні коливання на електрику. У випробуваннях він досяг питомої потужності близько 705 мікроватів на кубічний сантиметр.
Автори підкреслюють, що штучний інтелект у цьому підході не замінив науковців. Модель скоротила простір пошуку, тоді як рішення про реальний синтез, структуру, термічну обробку та перевірку матеріалу залишалися за фахівцями. Саме поєднання автоматичного аналізу літератури та експертного відбору стало основою отриманого результату.
