科学者たちはAIを使って世界で最も強力な鉄ベースの超伝導磁石を作ります。

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補完的なデータと研究者中心のプロセス設計の概念図。 クレジット取引: NPGアジア材料 (2024). DOI: 10.1038/s41427-024-00549-5

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補完的なデータと研究者中心のプロセス設計の概念図。 クレジット取引: NPGアジア材料 (2024). DOI: 10.1038/s41427-024-00549-5

科学者たちはAIを使って世界で最も強力な鉄ベースの超伝導磁石を開発しました。

超伝導磁石は、大量の電力を必要とせずに非常に強力で安定した磁場を生成できます。 これは、軟部組織の鮮明な3D画像を生成するために強い磁場を必要とするMRI機械を含む様々な技術に使用できることを意味する。 また、日本のSCMaglev列車システムを含む次世代輸送手段にも使用できます。

しかしながら、現在使用されている超伝導体は、主に超伝導ニオブ錫合金線の大型コイルの形態である。 これを使用するデバイスはこのサイズに対応する必要があるため、アプリケーションが制限される可能性があります。

論文では、 公開済み ~へ NPGアジア材料King's College Londonと日本の研究者らは、機械学習(ML)を使用して安価で強力な鉄ベースの超伝導磁石を製作し、この技術を広くて安価に使用する方法を開きました。

King's Engineering DepartmentのMark Ainslie博士は、Tokyo University of Agriculture and Technology、Japan Science and Technology Agency、National Institute for Materials Science、Kyushu Universityの研究者と協力してこれを行いました。

Mark Ainslie博士は、「超伝導磁石は未来の中枢です。MRI機器で癌をイメージングするために使用されるだけでなく、電気航空機と核融合にも不可欠です」と述べました。

しかし、従来の銅ベースのワイヤ超伝導体を作るのに必要な材料と技術は、一般的に高価なため、市場の浸透が限られていました.より重いワイヤコイルと比較して設置スペースは小さいが、銅ベースのバルク超伝導体は製造に数週間かかることがある。

「人工知能(AI)を使用して、私たちは鉄を使って費用対効果が高くスケーラブルな代替品を製造しました。 10年前にさえ、彼らが生成した磁場は広く使用できるほど強力で安定していませんでした。

「超伝導磁石が効果的に動作するためには依然として非常に低い温度に冷却する必要がありますが、私たちのプロセスは、製造業者が産業用途に使用できるほど速くて強力な磁石を作ることができる基盤を設けています。安く作れるという意味です。

「MRIマシンで大量の超電導ワイヤーの必要性を減らすことで、病院に大きなスペースを必要とせずにGPオフィスに配置できる次世代の小型デバイスを作成し、アクセシビリティを広げることもできます。」

MRI機械は、患者の安全性及び画像品質を保証するために磁石が発生する磁場の強度及び安定性に対する厳しい要求を有す​​る。 研究者のプロトタイプは、これらの要件を満たす最初の鉄ベースのバルク超伝導体です。

という新しい機械学習システムを使って ボックスビア科学者たちは、以前よりも早く実験室で超伝導体の生成を最適化するためのフレームワークを開発しました。

製造工程で熱や時間などのパラメータを移動して磁石の超伝導特性を改善しようとする研究者の試みに基づいて、BOXVIAは性能を向上させるパターンを見つけ、パラメータ変更を微調整して最適な設計を提示します。 通常、研究者は各磁石を作成し、その特性をテストしてさまざまなシナリオに合わせて最適化するのに数ヶ月かかりますが、この新しいソフトウェアは時間を大幅に短縮します。

研究者たちはまた、このMLシステムで開発された超伝導磁石は、磁石構造内のより大きな鉄ベースの結晶を含む、BOXVIAなしで製造された磁石とは微細なレベルで異なる構造を持っていることを発見しました。

AIによって生成されたサンプルの構造は、人間が作った高性能サンプルとは異なりました。 このサンプルは、人間の研究者が伝統的に好んだ均一な構造とは異なり、さまざまなサイズの鉄ベースの結晶を持っていました。

チームの次の課題は、これまで見られなかったこのナノ構造が、優れた超伝導特性にどのように貢献し、将来的により強力な磁石を作ることができるかをつなぐことです。

追加情報:
山本明山ほか、データ・研究者中心のプロセス設計による鉄系超伝導体を用いた超強力永久磁石、 NPGアジア材料 (2024). DOI: 10.1038/s41427-024-00549-5

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Omori Yoshiaki

ミュージックホリック。フードエバンジェリスト。学生。認定エクスプローラー。受賞歴のあるウェブエキスパート。」

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