Jonathan Bean, CEO & Co-Founder of Materials Nexus – Haastattelusarja

Jonathan Bean on Materials Nexuksen CEO ja co-perustaja. Taustallaan sekä teoreettisessa että käytännön insinööritieteellisessä aineen tutkimuksessa, Jonathan tunnisti nopeasti uuden materiaalimallinnusohjelman mahdollisuuden. Cambridgen yliopistossa tutkijana toimiessaan hän perusti Materials Nexuksen kiihdyttääkseen uusien materiaalien käyttöönottoa ilmastonmuutoksen torjumiseksi.

Jonathanin väitöstutkimus Yorkin yliopistossa käsitteli edistyneitä mallinnustekniikoita polykristallimateriaaleille.

Roolinsa Materials Nexuksessa ohella, Jonathan on mentori Global Talent Mentoringissa ja Royal Academy of Engineeringin johtamisen innovaatiostipendien ohjelmassa. Hän opettaa myös materiaalitieteen insinööreille Trinity Collegessa, Cambridgessa ja on vieraileva tutkija London South Bank Universityssa.

Materials Nexus on yhtiö, joka käyttää tekoälyä luomaan parempia materiaaleja nopeammin kuin koskaan aiemmin.

Voitko kertoa Materials Nexuksen perustamisen tarinan? Mikä innoitti yhtiön ja sen keskittymisen tekoälyyn perustuvan materiaalilöytöön?

Lopulta, sen, mitä voidaan rakentaa, rajoittaa käytettävät materiaalit; tämä oli motivaationi opiskella materiaalitiedettä. Cambridgen yliopistossa työskennellessäni yhdessä co-perustajani Robert Forrestin kanssa, halu tehdä tutkimuksestamme nopeampaa innoitti meidät kehittymään koneoppimisalgoritmeja. Tästä kehittyi Materials Nexuksen teknologian perusta.

Selkesti tämä tutkimus voisi olla myönteinen vaikutus maailmassa, ja sen omaksumista piti kiihdyttää. Samalla tavoin kuin tuotteiden suorituskyky on rajoitettu materiaaleilla, myös edistymme kohti nettonollaa on rajoitettu. Tämä innoitti meitä perustamaan yrityksen.

Yksi meidän yrityksen voimakkaista ajureista on parantaa maailman tilaa ympäristöllisesti, geopolitiikallisesti ja eettisesti. Tavoitteemme on vallankumous materiaaliteollisuudessa suunnittelemalla uusia materiaaleja, jotka täyttävät sekä kestävyyden että suorituskyvyn kasvavat vaatimukset.

Voitko selittää, miten tekoäly muuttaa materiaalilöytöprosessia, erityisesti Materials Nexuksen kontekstissa?

Samalla tavoin kuin tekoäly vaikutti lääkekehitykseen, se muuttaa myös perustavanlaatuisesti materiaalilöytöä; muuttaen yleensä koetelmien ja virheiden perustuvan lähestymistavan tarkoituksenmukaiseksi suunnitteluprosessiksi. Mutta toisin kuin lääketutkimuksessa, on lisäksi monimutkaisuus ja laajempi hakutila koko jaksollisen taulukon yli. Materials Nexuksessa tutkimme koko mittakaavan, kvanttitasolta massaan – tämä tarkoittaa, että käytämme sekä kvanttimekaniikkaa koostumusen ennustamiseen että mallinnamme prosessointi- ja synteesitekniikoita. Tämä mahdollistaa meille ei ainoastaan tunnistaa, vaan myös fyysisesti tuottaa suorituskykyisiä materiaaleja tarkasti, muutamassa kuukaudessa, sen sijaan, että vuosikymmeninä, merkittävästi nopeuttaen tutkimus- ja kehitysprosessia.

Mitkä ovat tekoälyn käytön avainhyödyt perinteisten koetelmien ja virheiden menetelmiin verrattuna uusien materiaalien kehittämisessä?

Tekoälyn käyttäminen materiaalilöydössä tarjoaa useita etuja: nopeus, kustannustehokkuus ja kestävyys ovat avainasiana. Tekoälypohjainen alustamme voi analyysin avulla suuria tietoja ja ennustaa materiaalien ominaisuuksia tarkasti, kaiken ennen kuin astumme laboratorioon, mikä tekee prosessin kustannustehokkaaksi ja vähemmän tuhlaavaksi, koska se minimoi tarpeen kalliille ja resursseja vaativille kokeille.

Tämä lopulta avaa uuden joukon mahdollisuuksia kohdennetun materiaalin “suunnittelulla” verrattuna löytämiseen. On mahdollista sisällyttää mihin tahansa tietoihin tai materiaalin parametriin, kuten CO2-päästöihin, kustannuksiin tai painoon, ja etsiä koostumuksia, jotka vastaavat näitä tiettyjä tarpeita, kääntäen “löytö”-prosessin päälaelleen.

Miten tekoäly ja koneoppiminen vaikuttavat materiaalituotannon ympäristövaikutuksiin?

Tekoälyn ja koneoppimisen hyödyntäminen avaa laajan uuden joukon materiaalimahdollisuuksia löytövaiheessa. Materials Nexuksessa vaikutus on kaksinkertainen; ensinnäkin materiaalien itse alkuaineskoostumus, toiseksi materiaalien prosessointiolosuhteet. Tekoälymateriaalilöytö voi joko sulkea tiettyjä alkuaineita, joilla on korkea ympäristöllinen kustannus (esim. harvinaiset maametallit) tai vähentää niiden koostumusprosenttia. Se voidaan myös käyttää tarkastelemaan prosessointitekniikoita (esim. lämpötilaa, painetta tai jopa malmin puhtautta), joita tarvitaan materiaalin valmistamiseen, ja tunnistaa matalaenergiaisia menetelmiä. Nämä kaksi asiaa voivat vaikuttaa merkittävästi materiaalituotannon ensisijaisiin päästöihin. On kuitenkin huomattava, että ympäristövaikutus ei rajoitu ainoastaan tuotantoon. Ylempien materiaalien soveltaminen, sekä suorituskykyisiä että halpoja, voi olla erittäin myönteinen toissijainen ympäristövaikutus, tekemällä kestäviä teknologioita helpommin saatavilla (esim. halvemmat sähköautot), tehokkaampia (esim. paremmat tietokoneen suoritinpiirit tekoälyä varten) ja vähemmän myrkyllisiä loppukäytössä (esim. korvaamalla hydrofluorikaani).

MITEN Materials Nexus onnistui luomaan harvinaisten maametallien vapaan magneetin vain kolmessa kuukaudessa, ja mitkä ovat tämän läpimurron vaikutukset?

Meidän alustamme pystyi analysoimaan yli 100 miljoonaa mahdollista harvinaisten maametallien vapaiden magneettien koostumusta ennen kuin astuimme laboratorioon. Tämä tarkoitti, että kun edistymme synteesivaiheeseen, meillä oli jo tarkka ennuste koostumuksesta ja sen ominaisuuksista.

Tämän magneetin vaikutukset ovat merkittäviä: läpimurto ei rajoitu ainoastaan yhden materiaalin löytämiseen, vaan se merkitsee materiaalisuunnitteluprosessien muutosta, joka on kestänyt vuosisatoja. Kun alustamme kehittyy entisestään älykkäämmäksi, pystymme ennustamaan koostumuksia nopeammin ja useiden materiaalialueiden yli. 10^100 alkuaineiden koostumista jaksollisessa taulukossa, mahdollisuudet ovat loputtomat.

Voiko tekoäly korvata harvinaiset maametallit muissa sovelluksissa magneettien ulkopuolella?

Tekoälyvoimainen materiaalilöytö voi tunnistaa ja kehittää vaihtoehtoisia materiaaleja laajalle sovellusalueelle magneettien ulkopuolella. Tässä tapauksessa tavoitteena oli löytää vaihtoehtoinen magneettikoostumus, joka poistaa harvinaiset maametallit, mutta meidän koneoppimisen hakualgoritmejamme on suunniteltu soveltumaan mihin tahansa materiaaliluokkaan. Tämä tarkoittaa, että rakennamme yleispätevän materiaalisuunnittelualustan.

Tällä hetkellä alustamme keskittyy erityisesti seoksiin ja keraamisiin materiaaleihin, erityisesti funktionaalisille materiaaleille sovelluksissa, kuten sähkömoottoreissa, puolijohteissa, suprajohteissa ja vihreässä vetyssä, mainiten muutamia.

Miten yhteistyö Materials Nexuksen, Henry Royce Instituten ja Sheffieldin yliopiston välillä edistää uusien materiaalien kehittämistä?

Yhteistyömme strategisten kumppaneiden kanssa Yhdistyneen kuningaskunnan innovaatioekosysteemissä, kuten Henry Royce Instituten ja Sheffieldin yliopiston kanssa, antaa meille pääsyn maailmanluokan laitoksiin ja asiantuntemukseen materiaalitieteessä. Nämä kumppanuudet mahdollistavat meidän nopeuttaa ennusteiden synteesin ja testaamisen.

Mitkä muut sektorit voivat hyötyä tekoälyvoimaisesta materiaalilöydöstä, ja miten?

Tekoälyvoimainen materiaalilöytö voi vaikuttaa jokaiseen materiaaliluokkaan. Materials Nexuksessa keskitymme materiaaleihin, jotka ovat vaikeimpia ja kalleimpia kehittää, koska ne tarjoavat suurimman myönteisen vaikutuksen. Jokainen teollisuusala vaikuttaa: energia, ilmailu, supertietokoneet, liikenne, mainiten muutamia. Esimerkiksi energiasektorilla tekoäly voi auttaa kehittämään tehokkaampia ja kestävämpiä materiaaleja akkuille ja aurinkokennoille. Supertietokoneissa se voi johtaa uusien puolijohtimateriaalien luomiseen, jotka parantavat tietojen tallennus- ja prosessointikapasiteettia. Mahdollistamalla nopean kehityksen suorituskykyisille materiaaleille, tekoäly voi ajaa innovaatiota ja kestävyyttä lähes kaikilla aloilla.

Mitkä tulevaisuuden edistykset tekoälyssä materiaalitieteessä voidaan odottaa, ja miten ne vaikuttavat eri teollisuusalojen kehitykseen?

Työmme jatkuu rajojen työntämistä siitä, mitä on mahdollista, ja olemme sitoutuneita rikkomaan nämä esteet. Ylempien materiaalien ansiosta voidaan kehittää ylempää innovaatiota tulevien haasteiden vaatimusten täyttämiseksi. Tulevaisuus on vain rajattu meidän mieltymyksellä.

Kiitos haastattelusta, lukijat, jotka haluavat oppia lisää, kannattaa vierailla Materials Nexus-sivustolla.