Siekdami kovoti su klimato kaita, daugelis automobilių gamintojų lenktyniauja, kad į savo asortimentą įtrauktų daugiau elektrinių transporto priemonių. Tačiau norėdami įtikinti būsimus pirkėjus, gamintojai turi pagerinti, kiek šie automobiliai gali nuvažiuoti vienu įkrovimu. Vienas iš pagrindinių jų iššūkių? Išsiaiškinti, kaip pasigaminti itin galingas, bet lengvas baterijas.
Tačiau paprastai mokslininkams prireikia dešimtmečių, kol nuodugniai išbando naujas baterijų medžiagas, sako Pablo Leonas, MIT medžiagų mokslo absolventas. Siekdamas paspartinti šį procesą, Leonas kuria mašininio mokymosi įrankį, skirtą mokslininkams, kad būtų galima automatizuoti vieną iš daugiausiai laiko reikalaujančių, tačiau svarbiausių žingsnių vertinant akumuliatorių medžiagas.
Su savo įrankiu rankoje. , Leonas planuoja padėti ieškoti naujų medžiagų, kurios leistų sukurti galingas ir lengvas baterijas. Tokios baterijos ne tik pagerintų elektromobilių asortimentą, bet ir galėtų atskleisti potencialą kitose didelės galios sistemose, pavyzdžiui, saulės energijos sistemose, kurios nuolat tiekia energiją net naktį.
Nuo Jaunystėje Leonas žinojo, kad nori siekti daktaro laipsnio, tikėdamasis vieną dieną tapti inžinerijos profesoriumi, kaip ir jo tėvas. Daugelio Leono draugų, užaugusių Teksaso valstijos koledžo stotyje, kur dirbo Teksaso A&M universitetas, kur dirbo jo tėvas, tėvai taip pat turėjo profesorius ar susijusius su universitetu. Tuo tarpu jo mama dirbo ne universitete, šeimos patarėja kaimyniniame mieste.
Kolegijoje Leonas pasekė tėvo ir vyresniojo brolio pėdomis ir tapo inžinieriumi mechaniku ir įgijo bakalauro laipsnį. laipsnis Teksaso A&M. Ten jis išmoko modeliuoti mechaninių sistemų elgesį, pavyzdžiui, metalinės spyruoklės standumą. Tačiau jis norėjo pasinerti giliau, iki atomų lygio, kad tiksliai suprastų, iš kur kyla toks elgesys.
Taigi, kai Leonas pateikė prašymą stoti į MIT magistrantūros mokyklą, jis pakeitė sritis prie medžiagų. mokslą, tikėdamasis patenkinti jo smalsumą. Tačiau perėjimas į kitą sritį buvo „labai sunkus procesas“, – sako Leonas, puolęs pasivyti savo bendraamžius.
Norėdamas padėti pereiti, Leonas ieškojo malonaus patarėjas moksliniams tyrimams ir jį rado Rafael Gómez-Bombarelli, Medžiagų mokslo ir inžinerijos katedros (DMSE) docentas. „Kadangi jis kilęs iš Ispanijos, o mano tėvai yra perujiečiai, mūsų kalbėjimo būdas yra kultūrinis, – sako Leonas. Pasak Gómez-Bombarelli, kartais jiedu net diskutuoja apie tyrimus ispanų kalba – tai „retas malonumas“. Šis ryšys įgalino Leoną laisvai sugalvoti idėjas arba pasikalbėti su savo patarėju, o tai leido jam padaryti didelę pažangą atliekant tyrimus.
Mašininio mokymosi panaudojimas moksliniams tyrimams baterijų medžiagos
Mokslininkai, tiriantys naujas baterijų medžiagas, paprastai naudoja kompiuterinį modeliavimą, kad suprastų, kaip veikia įvairūs medžiagų deriniai. Šie modeliavimai veikia kaip virtualūs baterijų mikroskopai, priartinantys, kad pamatytumėte, kaip medžiagos sąveikauja atominiu lygiu. Turėdami šias detales, mokslininkai gali suprasti, kodėl tam tikri deriniai veikia geriau, vadovaudamiesi didelio našumo medžiagų paieškas.
Tačiau tikslių kompiuterinių modelių kūrimas reikalauja daug laiko, užtrunka metų, o kartais net dešimtmečius. . „Jūs turite žinoti, kaip kiekvienas atomas sąveikauja su kiekvienu kitu jūsų sistemos atomu“, – sako Leonas. Norėdami sukurti kompiuterinį šių sąveikų modelį, mokslininkai pirmiausia apytiksliai spėja modelį naudodami sudėtingus kvantinės mechanikos skaičiavimus. Tada jie lygina modelį su realių eksperimentų rezultatais, rankiniu būdu koreguodami skirtingas modelio dalis, įskaitant atstumus tarp atomų ir cheminių jungčių stiprumą, kol modeliavimas atitiks tikrąjį gyvenimą.
) Naudojant gerai ištirtas akumuliatoriaus medžiagas, modeliavimo procesas yra šiek tiek lengvesnis. Pasak Leono, mokslininkai gali nusipirkti modeliavimo programinę įrangą, apimančią iš anksto paruoštus modelius, tačiau šiuose modeliuose dažnai pasitaiko klaidų ir vis tiek reikia papildomo koregavimo.
Siekdamas greičiau sukurti tikslius kompiuterinius modelius, Leonas kuria mašininiu mokymusi pagrįstą įrankį, kuris gali veiksmingai vadovauti bandymų ir klaidų procesui. „Tikimės, kad naudojant mūsų mašininio mokymosi sistemą nereikės pasikliauti patentuotais modeliais ar atlikti jokį rankinį derinimą“, – sako jis. Leonas patvirtino, kad gerai ištirtų medžiagų atveju jo įrankis yra toks pat tikslus kaip ir rankinis modelių kūrimo metodas.
Naudodami šią sistemą, mokslininkai turės vieną standartizuotą metodą tikslių modelių kūrimui. Vietoj šiuo metu taikomų metodų kratinio, sako Leonas.
Leono įrankis ateina tinkamu metu, kai daugelis mokslininkų tiria naują baterijų paradigmą: kietojo kūno baterijas. Palyginti su tradicinėmis baterijomis, kuriose yra skystų elektrolitų, kietojo kūno akumuliatoriai yra saugesni, lengvesni ir lengviau gaminami. Tačiau sukurti tokių baterijų versijas, kurios būtų pakankamai galingos elektromobiliams arba atsinaujinančios energijos kaupimui, yra sudėtinga.
Taip yra daugiausia dėl to, kad baterijų chemijoje jonai nemėgsta tekėti per kietas medžiagas, o pirmenybę teikia skysčiams. atomai yra toliau vienas nuo kito. Vis dėlto mokslininkai mano, kad naudojant tinkamą medžiagų derinį, kietojo kūno baterijos gali suteikti pakankamai elektros energijos didelės galios sistemoms, pavyzdžiui, elektromobiliams.
Leonas planuoja panaudoti savo mašininio mokymosi įrankį, kad padėtų greičiau ieškoti gerų kietojo kūno akumuliatorių medžiagų. Suradęs keletą galingų kandidatų modeliavimo metu, jis dirbs su kitais mokslininkais, kad išbandytų naujas medžiagas realaus pasaulio eksperimentuose.
Padėti studentams orientuotis į absolventus. mokykla
Norėdamas patekti ten, kur yra šiandien, atlikdamas įdomius ir paveikius tyrimus, Leonas vertina savo šeimos ir mentorių bendruomenę. Dėl savo auklėjimo Leonas anksti žinojo, kokių žingsnių jam reikės imtis, kad įstotų į magistrantūros mokyklą ir dirbtų siekdamas tapti profesoriumi. Ir jis vertina savo pozicijos privilegiją, ypač kaip Peru amerikiečio, turint omenyje, kad daugelis Lotynų Amerikos studentų turi mažiau galimybių naudotis tais pačiais ištekliais. „Suprantu akademinį vamzdyną taip, kaip manau, kad daugelis akademinių mažumų grupių nesupranta“, – sako jis.
Dabar Leonas padeda būsimiems absolventams iš nepakankamai atstovaujamų šeimų. dujotiekį per DMSE taikymo pagalbos programą. Kiekvieną rudenį jis kuruoja kandidatus į DMSE doktorantūros programą MIT, pateikdamas atsiliepimus apie jų paraiškas ir gyvenimo aprašymus. Pagalbos programą vykdo studentai ir ji yra atskirta nuo priėmimo proceso.
Iš savo santykių su patarėju žinodamas, kokia neįkainojama mentorystė, Leonas taip pat aktyviai rūpinasi jaunesniųjų doktorantų mokymu. skyrius. Šiais metais jis ėjo akademinio pirmininko pareigas savo katedros absolventų organizacijoje – Absolventų medžiagų taryboje. Kadangi MIT vis dar patiria „Covid“ 19 trikdžių, Leonas pastebėjo studentų darnumo problemą. „Supratau, kad tradiciniai [neformalūs] bendravimo būdai [įeinančios klasės] metais buvo nutraukti“, – sako jis, todėl jaunesniems mokiniams sunkiau gauti patarimų iš vyresniųjų bendraamžių. „Jie neturėjo jokios bendruomenės, į kurią būtų galima sugrįžti.“
Siekdamas išspręsti šią problemą, Leonas buvo daugelio jaunesniųjų studentų patarėjas. Jis padėjo antrojo kurso doktorantams pasiruošti doktorantūros egzaminui, dažnai įtemptam perėjimo ritualui. Jis taip pat surengė seminarus pirmo kurso studentams, kad išmokytų juos kuo geriau išnaudoti pamokas ir padėti jiems priprasti prie greitų katedros užsiėmimų. Norėdamas linksmintis, Leonas surengė kirvių mėtymo renginį, kad dar labiau palengvintų studentų filmavimą.
Leono pastangos buvo sėkmingos. Dabar „naujesni studentai kuria bendruomenę“, sako jis, „todėl jaučiu, kad galiu žengti žingsnį atgal“ nuo akademinės katedros. Vietoj to jis ir toliau kurs jaunesniuosius studentus per kitas katedros programas. Jis taip pat planuoja išplėsti savo bendruomenės kūrimo pastangas tarp dėstytojų ir studentų, sudarydamas palankesnes sąlygas studentams susirasti gerų mentorių ir dirbti su paveikiais tyrimais. Šiomis pastangomis Leonas tikisi padėti kitiems akademiniame kelyje, su kuriuo jis susipažino, kartu keliaujant į doktorantūrą.
19 19
