Вчені розробили найпотужніший у світі надпровідний магніт на основі заліза за допомогою штучного інтелекту, що може стати проривом для доступних апаратів МРТ і майбутнього електрифікованого транспорту.
Надпровідні магніти здатні виробляти дуже сильні стабільні магнітні поля без потреби у великій кількості енергії. Це означає, що їх можна використовувати в ряді технологій, у тому числі в апаратах МРТ, які вимагають сильного магнітного поля для отримання чітких 3D-зображень м’яких тканин. Вони також можуть бути використані в наступному поколінні транспорту, включаючи систему поїздів SCMaglev в Японії.
Однак надпровідники, які зараз використовуються, переважно мають форму великих котушок із надпровідного дроту зі сплаву ніобію та олова. Пристрої, які їх використовують, повинні відповідати цьому розміру, що може обмежити їх застосування.
У статті, опублікованій в NPG Asia Materials, дослідники з Королівського коледжу Лондона та Японії виготовили дешевий і потужний надпровідний магніт на основі заліза за допомогою машинного навчання (ML), прокладаючи шлях для широкого та доступного використання цієї технології.
Доктор Марк Ейнслі з Департаменту інженерії Королівства співпрацював над цією роботою з дослідниками з Токійського університету сільського господарства та технологій, Японського науково-технічного агентства, Національного інституту матеріалознавства та Університету Кюсю.
Доктор Марк Ейнслі сказав: «Надпровідні магніти є основою майбутнього. Вони не тільки використовуються для зображення раку за допомогою апаратів МРТ, але вони будуть життєво важливі для електричних літаків і ядерного синтезу.
«Однак матеріали та технології, необхідні для створення традиційних мідних дротяних надпровідників, зазвичай дорогі, що призвело до обмеженого проникнення на ринок. Використання їх у масовій формі як магніту, який не втрачає свого магнетизму після намагнічення, може призвести займає меншу площу порівняно з важчими котушками дроту, але виробництво об’ємних надпровідників на основі міді може тривати тижні.
«Використовуючи штучний інтелект (ШІ), ми створили економічно ефективну та масштабовану альтернативу, використовуючи залізо, з яким набагато легше працювати та відкриває двері для менших і легших пристроїв. Перші надпровідники на основі заліза були створені понад 10 років тому, але магнітні поля, які вони створювали, не були достатньо сильними чи стабільними для широкого використання.
«Хоча надпровідні магніти все ще потребують охолодження до дуже низьких температур, щоб ефективно функціонувати, наш процес закладає основу для виробників, щоб робити їх швидкими та достатньо потужними для промислового застосування, тобто більше апаратів МРТ за дешевше.
«Зменшивши потребу у великій кількості надпровідного дроту в апаратах МРТ, ми також можемо створити нове покоління менших блоків, які можна розгорнути в кабінеті лікаря загальної практики, замість того, щоб вимагати великих приміщень у лікарнях, розширюючи доступність».
Апарати МРТ мають суворі вимоги до сили та стабільності магнітного поля, яке створюють їхні магніти, щоб забезпечити безпеку пацієнтів і якість зображення. Прототип дослідників є першим об’ємним надпровідником на основі заліза, який відповідає цим вимогам.
Використовуючи нову систему машинного навчання під назвою BOXVIA, вчені розробили структуру, яка може оптимізувати створення надпровідників у лабораторії швидше, ніж будь-коли раніше.
Навчаючись на спробах дослідників покращити надпровідні властивості магнітів шляхом зміни таких параметрів, як нагрівання та час у процесі виготовлення, BOXVIA виявляє шаблони, які покращують продуктивність, і точно налаштовує зміни параметрів, щоб створити найбільш оптимальний дизайн. Зазвичай дослідникам потрібні місяці, щоб створити кожен магніт і перевірити його властивості, щоб оптимізувати його для різних сценаріїв, але це нове програмне забезпечення значно скорочує час.
Дослідники також виявили, що надпровідні магніти, розроблені за допомогою цієї системи ML, мають іншу структуру на мікроскопічному рівні, ніж ті, що виготовляються без BOXVIA, з більшими кристалами на основі заліза в структурі магніту.
Структура зразків, створених ШІ, відрізнялася від високоефективних зразків, створених людьми. Ці зразки мали широкий діапазон розмірів кристалів на основі заліза, на відміну від однорідної структури, яку традиційно віддавали перевагу дослідники.
Наступне завдання для команди полягає в тому, щоб з’ясувати, як ця ніколи раніше не бачена наноструктура сприяє чудовим надпровідним властивостям, що призведе до ще більш потужних магнітів у майбутньому.