Até que ponto é sustentável um material que ainda nem sequer existe?
Equipa internacional de investigação demonstra como a IA pode ter em conta os potenciais impactos ambientais, mesmo na fase de procura de novos materiais
Anúncios
Os novos materiais destinam-se a possibilitar inovações técnicas — desde componentes eletrónicos mais potentes até materiais de construção mais ecológicos. Mas de que serve um material com propriedades excecionais se a sua produção consome enormes quantidades de energia ou requer matérias-primas escassas? Estas questões são frequentemente apenas consideradas numa fase tardia do desenvolvimento de novos materiais. Nessa altura, já podem ter sido investidas quantidades consideráveis de tempo, energia e dinheiro numa solução que se revele inadequada para a aplicação prática.
Uma equipa de investigação internacional, que inclui investigadores da Universidade Friedrich Schiller de Jena, desenvolveu agora uma estratégia através da qual a inteligência artificial pode não só selecionar futuras soluções de materiais com base nas propriedades técnicas, mas também ter em conta questões de sustentabilidade — tais como potenciais impactos ambientais — desde as fases iniciais da investigação. Para tal, os investigadores propõem uma abordagem que combina o desenvolvimento de materiais apoiado pela IA com análises prospectivas do ciclo de vida e outras considerações de sustentabilidade. Publicaram o seu roteiro na revista especializada «Nature Sustainability».
Questões como se um material requer uma produção com elevado consumo de energia, de que recursos necessita ou o que lhe acontece no final do seu ciclo de vida só podem, muitas vezes, ser respondidas numa fase tardia ou mesmo apenas enquanto o material está a ser utilizado em condições reais. Ao mesmo tempo, o esforço necessário para tais investigações aumenta normalmente de forma rápida à medida que se avança no processo.
No seu artigo recém-publicado, os investigadores propõem integrar métodos de análise do ciclo de vida diretamente nos processos de desenvolvimento baseados em IA e concebê-los de forma a permitir previsões. «Essa análise capta os impactos ambientais desde a extração da matéria-prima, passando pela fabricação e utilização, até ao fim da vida útil de um produto. No futuro, esta informação poderá influenciar, numa fase inicial, quais os materiais candidatos que um sistema de IA irá considerar e quais acabarão por passar para o processo de desenvolvimento no mundo real, fora do ambiente informático», afirma o Prof. Dr.-Ing. Lothar Wondraczek, da Universidade de Jena. Em colaboração com investigadores do Instituto Indiano de Tecnologia de Deli, do Imperial College de Londres, do Instituto Indiano de Tecnologia de Madras, da Universidade de Tecnologia de Chalmers e da Universidade de Gotemburgo, desenvolveu o conceito básico subjacente a este trabalho.
Cinco pilares para uma procura de materiais mais sustentável
O roteiro compreende cinco tarefas interligadas. A informação proveniente de publicações científicas e de outras fontes deve ser extraída automaticamente e consolidada em bases de dados de materiais e ambientais. Com base nisso, os modelos devem estimar de que forma a composição e a estrutura de um material se relacionam com os processos de fabrico e os impactos ambientais. Várias vias de produção possíveis e as incertezas a elas associadas devem ser explicitamente tidas em conta. Por fim, o desempenho técnico e os impactos ambientais devem ser incorporados em conjunto no processo de otimização.
Uma dificuldade particular reside no facto de, no caso de materiais inteiramente novos, ainda não existirem dados relativos à produção industrial ou à utilização a longo prazo. Por isso, os investigadores propõem calcular, em primeiro lugar, vários cenários plausíveis e tornar transparentes as incertezas associadas. Os modelos poderão então ser gradualmente aperfeiçoados com base em novos dados experimentais e industriais. «Um desafio específico reside na ligação entre tipos de informação muito diferentes», explica N. M. Anoop Krishnan, professor no Instituto Indiano de Tecnologia de Deli e antigo bolseiro Humboldt na Universidade de Jena. «No futuro, a par dos dados medidos e das simulações computacionais, os modelos de IA terão também de ter em conta informações sobre os processos de fabrico, os requisitos legais e a aceitação social de um material.»
Dos plásticos ao vidro e ao cimento
Tomando como exemplos os polímeros, o vidro, os fotorresistentes para o fabrico de semicondutores e o cimento, a equipa demonstra quão variados são os requisitos para esses modelos de IA. No caso dos polímeros, há uma falta de dados processados sistematicamente sobre impactos ambientais, entre outras coisas; para novos tipos de vidro, há uma falta de modelos adequados que combinem composição, propriedades e desempenho ambiental. No caso do cimento, por outro lado, existe uma quantidade comparativamente grande de dados de avaliação do ciclo de vida, embora a modelação das propriedades dos materiais em várias escalas continue a ser difícil.
«Os modelos de IA multimodais que olham para o futuro podem ajudar-nos a filtrar, da multiplicidade de materiais teoricamente possíveis, precisamente aqueles que têm uma elevada probabilidade de conduzir a aplicações sustentáveis. No entanto, não nos impedirão de explorar também, com curiosidade, abordagens improváveis em laboratório», conclui o Prof. Wondraczek.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Outras notícias do departamento ciência
