Un supercomputer e un impianto a raggi X tra i più potenti al mondo potrebbero portare interessanti novità nel modo in cui si studiano le batterie. Al laboratorio nazionale Argonne, vicino a Chicago, i ricercatori hanno messo in sinergia l’Aurora, un supercomputer da oltre 60.000 GPU capace di superare il quintilione di calcoli al secondo, con l’Advanced Photon Source (APS), un acceleratore di particelle appena aggiornato che ora genera raggi X 500 volte più luminosi di prima.
L’obiettivo è accelerare la scoperta di nuovi materiali per l’accumulo di energia, indispensabili per il futuro della mobilità elettrica, della rete elettrica, dell’aviazione e perfino della navigazione marittima. Venkat Srinivasan, direttore del centro ACCESS di Argonne, sottolinea che “le batterie sono la tecnologia chiave che alimenterà il mondo moderno, dai trasporti alle reti elettriche fino ai dispositivi personali”. Ma la ricerca di nuovi composti richiede normalmente anni: con questa combinazione di strumenti, i tempi potrebbero ridursi a settimane o addirittura giorni.
Il cuore dell’innovazione sta nell’integrazione tra osservazione sperimentale e calcolo. L’APS consente di osservare cosa accade all’interno di una batteria in fase di carica e scarica con una precisione mai raggiunta prima, arrivando a cogliere difetti strutturali minuscoli che possono comprometterne la durata. Stefan Vogt, scienziato dei raggi X ad Argonne, spiega che ora è possibile “vedere le batterie in azione in tempo reale, con una velocità che prima non era possibile”.
Aurora, dall’altra parte, si occupa della mole di dati generati: oltre 100 petabyte ogni anno solo dall’APS. Grazie a una connessione ad altissima velocità tra i due sistemi, il supercomputer può elaborare i dati mentre gli esperimenti sono ancora in corso, fornendo feedback immediato ai ricercatori e permettendo di modificare i test senza perdere tempo prezioso di fascio. Un ruolo centrale è giocato dall’AI, che con modelli come AuroraGPT o PtychoNN può analizzare gli schemi complessi dei raggi X e proporre nuovi materiali da investigare.
Le tecniche avanzate comprendono anche la ptychografia, che permette di ricostruire immagini ad altissima risoluzione senza bisogno di lenti convenzionali, sfruttando interferenze luminose. Secondo lo scienziato Mark Wolfman, “non si osserva direttamente l’oggetto, ma un insieme di schemi che vanno interpretati a ritroso per ricostruirne l’immagine”.
Il sogno di Argonne è un laboratorio autonomo, dove nuove combinazioni chimiche vengano testate dai raggi X e immediatamente valutate dal supercomputer, che a sua volta indicherà la direzione dei prossimi esperimenti. Una catena continua e quasi priva di intervento umano, capace di ridurre drasticamente i tempi di sviluppo di batterie più sicure, economiche e meno dipendenti da minerali critici. Il progetto è sostenuto dal Dipartimento dell’Energia statunitense.
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