Искусственный интеллект ускорил проектирование термоэлектрических генераторов в 10 000 раз

Японские исследователи разработали специализированный инструмент на базе искусственного интеллекта под названием TEGNet, который способен проектировать высокоэффективные системы преобразования тепла в электроэнергию с беспрецедентной скоростью. Это достижение может значительно снизить стоимость технологий сбора вторичной энергии и сделать высокопроизводительные домашние тепловые насосы доступнее для широкого круга потребителей.

Технологический прорыв в моделировании

Инструмент был создан специалистами Национального института материаловедения (NIMS) совместно с учеными из Университета Цукубы. Система TEGNet прогнозирует эффективность работы генераторов с точностью выше 99%, затрачивая на это лишь 0,01% вычислительного времени, которое требуется традиционным коммерческим инженерным симуляторам.

Процесс проектирования термоэлектрических генераторов традиционно считается крайне трудоемким, так как исследователям необходимо соблюдать баланс между свойствами материалов, геометрией устройства, температурными режимами, электрическим сопротивлением и тепловыми потоками. Стандартное программное обеспечение решает сложные физические уравнения многократно, что при поиске оптимальных параметров может занимать дни или даже недели. В ходе сравнительных тестов классический метод симуляции в среде COMSOL требовал около 2237 секунд (более 37 минут), в то время как TEGNet выдал аналогичный результат всего за 0,25 секунды.

Экономические перспективы и эффективность

Использование нейросети позволило оптимизировать два типа установок: многослойные генераторы и устройства на основе полупроводниковых пар. Созданные в лаборатории прототипы продемонстрировали КПД преобразования на уровне 9,3% и 8,7%, что является очень высоким результатом для заявленных температурных диапазонов. В обзоре отмечается, что внедрение ИИ в процесс разработки дает ряд ключевых преимуществ:

• Существенное снижение стоимости систем утилизации бросового тепла на промышленных предприятиях и в транспортных средствах.
• Возможность создания конструкций, которые значительно проще и дешевле в массовом производстве.
• Поиск альтернатив дорогостоящим материалам, таким как теллурид висмута, который часто используется в современной термоэлектрике.

По словам руководителя проекта Такао Мори, предложенные алгоритмом решения могут впервые в истории термоэлектрики сделать стоимость генерируемой энергии конкурентоспособной на промышленном уровне. Несмотря на впечатляющие результаты моделирования, эксперты подчеркивают, что следующим важным этапом станет подтверждение расчетных показателей в условиях реального крупносерийного производства.