Các nhà khoa học tại Phòng Thí nghiệm Ames thuộc Bộ Năng lượng Mỹ (DOE) đã phát triển một quy trình làm việc dựa trên trí tuệ nhân tạo (AI) nhằm khám phá các loại nam châm không chứa đất hiếm. Đây là một lĩnh vực mà AI đã chứng minh hiệu quả cao.

Quy trình này sử dụng các mô hình AI được huấn luyện dựa trên các nguyên lý vật lý thực tế và hành vi của electron thay vì chỉ dựa vào dữ liệu hiện có, từ đó đưa ra những dự đoán chính xác về các vật liệu cần thiết cho việc chế tạo nam châm vĩnh cửu. Những nam châm này có khả năng duy trì từ tính ngay cả trong điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao.

Chương trình này là một phần của Sứ mệnh Genesis do DOE đưa ra nhằm kết hợp nguồn lực của chính phủ và giới học thuật nhằm tạo ra các giải pháp AI cho "những đột phá trong năng lượng, khoa học khám phá và an ninh quốc gia". Nam châm vĩnh cửu rất quan trọng trong các ứng dụng quốc phòng, từ hệ thống radar đến máy bay chiến đấu như F-35 Lightning II và tàu ngầm.

Mở ra cuộc đua chế tạo nam châm giá rẻ

Mặc dù Mỹ đã ký thỏa thuận lớn với Apple để cung cấp nam châm đất hiếm, quốc gia này hiện chỉ có một mỏ đất hiếm duy nhất ở Mountain Pass, California, và xuất khẩu hơn 95% khoáng sản khai thác sang châu Á để tinh chế. Do đó, việc phát triển nam châm không chứa đất hiếm có thể giải quyết đồng thời vấn đề an ninh và chi phí.

Bước đột phá của Phòng Thí nghiệm Ames dựa trên mô hình AI có tên DuctGPT, ban đầu được thiết kế để tìm kiếm các vật liệu có thể tồn tại trong các nhà máy điện nhiệt hạch. Mô hình này không chỉ dựa vào dữ liệu cũ mà còn kết hợp các nguyên lý vật lý, cho phép AI hiểu rõ nền tảng khoa học và phát minh ra các vật liệu mới. Nhờ vậy, AI không chỉ điều chỉnh các vật liệu đã biết mà còn tìm kiếm các giải pháp thay thế khả thi.

Ngoài ra, các mô hình AI cũng tính đến các yếu tố như chi phí sản xuất và độ khó trong việc tìm nguồn cung ứng các thành phần cơ bản nhằm đảm bảo rằng các vật liệu thay thế không khó tìm như các nguyên tố đất hiếm.

Việc tìm kiếm vật liệu thay thế cho nam châm vĩnh cửu không chứa đất hiếm không phải là nỗ lực mới của Ames. Vào tháng 4/2025, phòng thí nghiệm này đã công bố một loại nam châm mới được phát triển từ sự kết hợp giữa bismuth và mangan, được thiết kế đặc biệt cho động cơ nam châm vĩnh cửu.