Trí tuệ nhân tạo (AI) đang trở thành công cụ trung tâm trong cuộc săn lùng vật liệu mới, với tốc độ không thể đạt được bằng phương pháp truyền thống. Các trung tâm nghiên cứu tại Mỹ, châu Âu, Trung Quốc, Nhật Bản và nhiều quốc gia khác đã tích hợp AI vào quy trình tìm kiếm hợp chất. Kết quả là sự thay đổi sâu sắc trong cách thức khoa học vận hành, mở ra những bước tiến chưa từng có trong lĩnh vực năng lượng sạch, pin, xe điện, máy tính và y học. Quá trình khám phá vật liệu, vốn mất hàng thập kỷ, nay có thể rút ngắn chỉ còn vài năm. Các nhà khoa học sử dụng thuật toán tiên tiến để xác định các hợp chất triển vọng, thay đổi căn bản nền tảng nghiên cứu.
Kết thúc kỷ nguyên thử nghiệm thủ công
Trong quá khứ, việc phát hiện một vật liệu mới đòi hỏi hàng thập kỷ lao động thủ công. Các nhà khoa học phải đưa ra giả thuyết, tổng hợp hợp chất và tiến hành vô số thí nghiệm trong phòng thí nghiệm trước khi tìm ra kết quả khả quan. Chi phí tài chính cũng rất cao, đòi hỏi thiết bị chuyên dụng và đội ngũ lành nghề. Với sự xuất hiện của trí tuệ nhân tạo, bối cảnh này đang thay đổi hoàn toàn. Phương pháp truyền thống dần nhường chỗ cho quy trình nhanh hơn, rẻ hơn và hiệu quả hơn nhiều.
Thuật toán nhìn xuyên qua dữ liệu
Các hệ thống học máy hiện đại phân tích những cơ sở dữ liệu khoa học khổng lồ từ các trường đại học và doanh nghiệp. Từ thông tin đó, các mô hình nhận diện các mẫu hình mà con người không thể phát hiện bằng tay. Điều này cho phép dự đoán, ngay cả trước bất kỳ thí nghiệm thực tế nào, tổ hợp hóa học nào có xác suất cao nhất sở hữu các tính chất cụ thể. Việc xác nhận thực nghiệm vẫn là cần thiết, nhưng quy trình đã trở nên nhanh chóng hơn nhiều. Công nghệ này đang đưa khoa học vật liệu lên một tầm cao mới.
Hàng triệu lựa chọn trong tích tắc
Trong khi một nhóm người chỉ có thể phân tích hàng trăm hoặc hàng nghìn tổ hợp trong một khoảng thời gian nhất định, các thuật toán tiên tiến đánh giá hàng triệu khả năng chỉ trong vài giờ. Khả năng này làm giảm đáng kể số lượng thí nghiệm cần thiết và tăng cơ hội tìm ra vật liệu đột phá. Trong các dự án gần đây, hệ thống AI đã xác định được những ứng cử viên triển vọng cho ứng dụng công nghiệp mà trước đây có thể mất hàng thập kỷ để khám phá. Tác động đã được cảm nhận rõ trong các lĩnh vực như pin, năng lượng tái tạo và chất bán dẫn. Tốc độ này mở ra cánh cửa cho những cải tiến mang tính cách mạng.
Cuộc cách mạng pin và năng lượng tái tạo
Phát triển pin là một trong những lĩnh vực được hưởng lợi nhiều nhất từ AI. Với sự gia tăng của xe điện và nhu cầu lưu trữ năng lượng tái tạo, áp lực tìm kiếm hệ thống hiệu quả, an toàn và bền vững hơn ngày càng lớn. Các nhà nghiên cứu sử dụng trí tuệ nhân tạo để xác định vật liệu giúp tăng mật độ năng lượng, giảm thời gian sạc và kéo dài tuổi thọ pin. Việc tìm ra các hợp chất mới có thể đẩy nhanh quá trình chuyển đổi toàn cầu sang nền kinh tế năng lượng sạch. Lĩnh vực này đang chứng kiến sự hợp tác chặt chẽ giữa phòng thí nghiệm và thuật toán.
Phần lớn những khám phá này chỉ khả thi nhờ sự kết hợp giữa trí tuệ nhân tạo và siêu máy tính exascale, thực hiện hàng nghìn tỷ phép tính mỗi giây. Các hệ thống này cho phép mô phỏng chi tiết các phân tử và cấu trúc nguyên tử. Khi kết hợp với mô hình AI, chúng giúp khám phá các kịch bản khoa học trước đây không thể tiếp cận. Chính phủ các nước đang đầu tư hàng tỷ đô la vào việc mở rộng cơ sở hạ tầng tính toán này. Các trường đại học vẫn đóng vai trò trung tâm, hợp tác với công ty công nghệ và phòng thí nghiệm chính phủ. Nhiều thuật toán hiện tại ra đời từ các dự án học thuật trong khoa học vật liệu, vật lý tính toán và học máy. Những gã khổng lồ về điện toán đám mây và hạ tầng số cũng tham gia cuộc đua, nhìn thấy tiềm năng kinh tế to lớn. Kết quả là một hệ sinh thái ngày càng tích hợp giữa khoa học, công nghệ và công nghiệp.