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その研究所では、AIが自動で新しい素材を“開発”する

 材料科学の世界では、AIやスーパーコンピューターを利用して新しい素材を開発する動きが加速している。アルゴリズムによるシミュレーションで材料の組み合わせが提案され、それが新素材の開発につながるだけではない。将来的にはロボットと組み合わせることで、自動運転タイプのラボの誕生も期待されている。

TEXT BY SOPHIA CHEN

TRANSLATION BY MAYUMI HIRAI/GALILEO

WIRED(US)

トロント大学の研究チームは、人工知能(AI)とスーパーコンピューターを利用することにより、二酸化炭素を有用な材料に“アップグレード”させるためのレシピの開発に取り組んでいる。JENNY DETTRICK/GETTY IMAGES
トロント大学の研究チームは、人工知能(AI)とスーパーコンピューターを利用することにより、二酸化炭素を有用な材料に“アップグレード”させるためのレシピの開発に取り組んでいる。JENNY DETTRICK/GETTY IMAGES

トロント大学のテッド・サージェントは、大学でテストキッチンのような施設を運営している。メンバーである研究者や学生たちは“レシピ”を開発し、材料を注意深く測ったり混ぜ合わせたりしてから、結果を評価する。ただし、出来上がったものはすべてとまではいかないが、ほとんどは食べることができない。

それにありがたいことに、ここでは味が問題にはならない。電気工学を専門とするサージェントたちがつくっているものは食べ物ではなく、二酸化炭素を“調理”しているからだ。彼らの目標は、この温室効果ガスを有用な材料へと“アップグレード”させるレシピを発明することなのだという。

未来の工場や発電所では、有害な温室効果ガスを大気中に放出したり地下に貯留したりしない。再生可能エネルギーを利用して、二酸化炭素をさまざまな素材に変えて販売できるようになるかもしれない。

有望なレシピのひとつに、二酸化炭素とほかの反応物質を一緒にして電気的な刺激を与えることにより、(炭素原子2個と水素原子4個からなる)6原子分子のエチレンに変えるというものがある。エチレンは、スーパーのレジ袋や「ジップロック」のようなファスナー付きプラスティック袋など、一般的なプラスティック製品をつくるために使われている素材だ。

「エチレンの市場規模は600億ドル(約6兆4,000億円)ほどもあります」と、サージェントは言う。「非常に価値の高い汎用化学製品なのです」

AIとスーパーコンピューターを駆使

ただし、サージェントの取り組みの真の意義は、単にそのレシピの価値だけではない。その“調理”には人工知能(AI)が利用されているのだ。サージェントたちはエチレンをつくるための新しい材料を、AIとスーパーコンピューターを使う新しい手法によって発見した。ここ10年ほどの間に、材料科学者たちの間で広く利用されるようになった手法だ。

このためにサージェントは、カーネギーメロン大学のザッカリー・ウリッシと手を組んだ。アルゴリズムを使った新材料開発を専門とする研究者だ。ウリッシは244種類の結晶について、顕微鏡による拡大画像12,229枚のシミュレーションを実施し、エチレンをつくるために最も有望な候補となるものを絞り込んだ。

ふたりがとりわけ見つけたいと思っていたのは、二酸化炭素の分解で得られる一酸化炭素分子が付着しやすい材料だった。ウリッシは、スーパーコンピューターを使ってシミュレーションの分画(混合物を構成する成分に分けること)を実施した。12,229枚に上る拡大画像のすべてに対して実際に分画を施すとしたら、時間がかかりすぎて非現実的な作業になっていたことだろう。

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