สารสนเทศด้านวัสดุ และ AI กำลังขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงเพื่อสร้างความยั่งยืน

สารสนเทศด้านวัสดุ (materials informatics) เป็นการประยุกต์ใช้หลักการขับเคลื่อนด้วยข้อมูล รวมไปถึงการใช้เทคนิคแมชีนเลิร์นนิง (machine learning; ML) ในสาขาวัสดุศาสตร์ นี้คือส่วนที่สำคัญของกล่องเครื่องมือที่จะนำไปใช้เพื่อการเปลี่ยนแปลงทางดิจิทัลสำหรับอุตสาหกรรมวัสดุที่มีคุณประโยชน์มากมาย ซึ่งความสามารถในการสร้างความยั่งยืนให้กับวัสดุและพัฒนากระบวนการผลิตให้มีความก้าวหน้าสูงขึ้นนั้น อาจเป็นสิ่งที่เราจะได้เห็นการเปลี่ยนแปลงได้มากที่สุด

จากการสัมภาษณ์คนในแวดวงอุตสาหกรรมสารสนเทศด้านวัสดุ เพื่อนำมาจัดทำรายงาน ‘Materials Informatics 2023-2033’ ของ IDTechEx พบว่าความพยายามในการลดคาร์บอน คือ ตัวขับเคลื่อนที่มีความสำคัญมากขึ้นต่อการนำเทคโนโลยีและกระบวนการเหล่านี้ไปใช้ ควบคู่ไปกับความจริงที่ว่า สารสนเทศวัสดุช่วยให้องค์กรประหยัดค่าใช้จ่ายได้ในขณะที่กำลังเร่งไปสู่นวัตกรรมด้านวัสดุ ซึ่งเป็นปัจจัยสนับสนุนต่อการคาดการณ์ของ IDTechEx ที่ว่า ตลาดของการจัดหาสารสนเทศวัสดุจากผู้ให้บริการภายนอก จะมีอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปีที่ 13.7% ถึงปี 2033

ผู้ที่อยู่ในอุตสาหกรรม AI ต่างมองเห็นศักยภาพของสารสนเทศวัสดุ ในบทบาทส่งเสริมการแก้ไขวิกฤตสภาพภูมิอากาศ โดย Meta AI (Meta เป็นบริษัทแม่ของ Facebook) และโครงการ Open Catalyst ของมหาวิทยาลัย Carnegie Mellon ได้มุ่งไปที่การพิสูจน์ตัวเร่งปฏิกิริยา (identify catalyst) ที่จะเป็นตัวช่วยในการผลิตเชื้อเพลิงโดยใช้พลังงานหมุนเวียนส่วนเกิน ซึ่งกระบวนการค้นพบในโครงการแบบเปิดเผยแหล่งที่มานี้ (open-sources) ทำให้ได้ผลลัพธ์จากการคำนวณตามทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น (density functional theory; DFT) ออกมาถึง 260 ล้านรายการ และได้นำออกเผยแพร่สู่สาธารณะ เพื่อที่นักวิจัยจะนำไปฝึกให้กับแบบจำลองตัวแทนของพวกเขา

นอกจากผู้ริเริ่มโครงการที่บุกเบิกเส้นทางการพัฒนาไว้แล้ว มหาวิทยาลัยต่างๆ อย่างเช่น Munich Technical University และยักษ์ใหญ่ด้าน AI อื่นๆ รวมถึง Tencent AI ได้เผยแพร่ผลการคำนวณที่ได้จากชุดข้อมูลดังกล่าว โดยการประยุกต์ใช้ ‘AI for good’ (แพลตฟอร์ม AI+ML สำหรับวัดผลการพัฒนาความยั่งยืนในโครงการต่างๆ ขององค์การสหประชาติ) ที่จะกลายเป็นส่วนสำคัญของกล่องเครื่องมือด้าน ESG ของยักษ์ใหญ่ในอุตสาหกรรมแมชีนเลิร์นนิง แบบจำลองตัวแทนเหล่านี้สามารถช่วยลดความต้องการพลังงานในการผลิต ทำให้เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ยกตัวอย่างเช่น ไฮโดรเจนสีเขียว (ไฮโดรเจนที่ได้มาจากการกำเนิดพลังงานหมุนเวียน หรือจากการผลิตกำลังไฟฟ้าด้วยวิธีอื่่นๆ ที่มีคาร์บอนต่ำ)

โซลาร์เซลล์หรือการให้กำเนิดไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ (PV) เป็นอีกเทคโนโลยีหนึ่งที่จะได้รับประโยชน์จากการใช้สารสนเทศวัสดุ ตามรายงาน IDTechEx ‘Materials Informatics 2023-2033’ ได้กล่าวถึงโครงการต่างๆ ที่ใช้แมชีนเลิร์นนิงเพื่อเร่งพัฒนา PV ใหม่ รวมถึงการศึกษาของสถาบัน MIT ที่ใช้การเรียนรู้เชิงรุก (active learning) เพื่อพิสูจน์องค์ประกอบของวัสดุ perovskites ที่ปราศจากสารตะกั่ว และงานจาก Osaka University เพื่อสร้างสหสัมพันธ์สำหรับ bandgap (แถบพลังงานในโครงสร้างที่เป็นของแข็งที่ไม่มีสถานะทางอิเล็กทรอนิกส์ดำรงอยู่) กับคุณสมบัติอื่นๆ จากโครงสร้างของ PV ชนิดอินทรีย์ ซึ่ง AI สามารถอำนวยประโยชน์ในการพัฒนา PV ได้มากขึ้น รวมถึงเร่งระยะการทดสอบอายุใช้งานให้เร็วขึ้น

มีเอกสารการทำงานจากนักวิจัยในสถาบันต่างๆ เมื่อเดือนมีนาคม 2023 ที่ผ่านมา รวมทั้งสถาบัน MIT และ Microsoft ได้ให้รายละเอียดของแบบจำลองที่เรียกว่า DeepDeg ซึ่งผู้เขียนกล่าวว่า ช่วยเพิ่มความเร็วในการทดสอบการย่อยสลายของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดอินทรีย์ได้ถึง 20 เท่า ที่สำคัญ คือ DeepDeg ได้รับการออกแบบมาเพื่ออธิบายกระบวนการย่อยสลายของวัสดุที่เสนอเป็นตัวเลือก โดยการเพิ่มคุณค่าให้กับกระบวนการคัดเลือก มากกว่าการคาดการณ์อายุขัยของวัสดุนั้นเพียงอย่างเดียว การมีส่วนร่วมของ Microsoft แสดงให้เห็นถึงความสนใจที่เพิ่มขึ้นอีกครั้งของผู้เล่น AI ที่รู้จักกันดีในด้านสารสนเทศวัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับโครงการที่เกี่ยวข้องกับการสร้างความยั่งยืน

บริษัทที่จัดตั้งขึ้นมาไม่ได้มีเพียงบริษัทเดียวที่ตระหนักรู้ถึงศักยภาพของสารสนเทศวัสดุที่สามารถอำนวยประโยชน์ในการลดคาร์บอน เช่น บริษัท ExoMatter ซึ่งในระยะเริ่มต้น เป็นบริษัทที่แยกออกมาจาก German Aerospace Center เน้นการสร้างความยั่งยืนในแพลตฟอร์มการพิสูจน์เอกลักษณ์ของวัสดุ เขาบอกกับ IDTechEx ว่าแพลตฟอร์มของพวกเขาไม่เพียงแต่สามารถคาดการณ์ถึงผลกระทบจากคาร์บอนที่มีต่อวัสดุที่เสนอเป็นตัวเลือกให้พิสูจน์เท่านั้น แต่ยังถูกใช้เพื่อพิสูจน์สารดูดซับชนิดอนินทรีย์ที่เสนอเป็นตัวเลือกมากถึง 90 ชนิด ซึ่งสารดูดซับเหล่านี้มีสมบัติในการกักเก็บคาร์บอนไว้ได้ดีกว่าการดักจับคาร์บอนในอากาศโดยตรงของ Carbyon ซึ่งเป็นบริษัทสตาร์ตอัปจากเนเธอร์แลนด์ โดย Carbyon ได้ประเมินว่า วิธีการพิสูจน์วัสดุดังกล่าวจะช่วยประหยัดเวลาที่ต้องอยู่ในศูนย์ปฏิบัติการทดสอบได้อย่างน้อยหกเดือน

ในอุตสาหกรรมวัสดุเอง กำลังดำเนินการตามความต้องการของผู้เชี่ยวชาญด้านวิทยาการข้อมูลภายในบริษัทของพวกเขาเอง เนื่องจากสารสนเทศวัสดุมีความสำคัญมากขึ้นอย่างต่อเนื่อง รวมถึงการอำนวยประโยชน์ในการผลิตที่สร้างความยั่งยืน ในเดือนกุมภาพันธ์ 2023 Toray Industries ยักษ์ใหญ่ในอุตสาหกรรมวัสดุ ประกาศว่าจะเปิดศูนย์วิจัยแห่งใหม่เพื่อจุดประสงค์นี้ แผนดังกล่าว คือ การรวบรวมนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุ วิศวกรเคมี และผู้เชี่ยวชาญด้านการเปลี่ยนแปลงทางดิจิทัล เพื่อขับเคลื่อนความก้าวหน้าของนาโนเทคโนโลยีโดยใช้สารสนเทศวัสดุ และเคมีเชิงคำนวณ (computational chemistry) สิ่งนี้ได้เน้นย้ำให้เห็นถึงลักษณะของสารสนเทศวัสดุว่า มีความเกี่ยวข้องกันในหลายสาขาวิชามากขึ้น โดยมีศักยภาพในการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมตลอดวงจรชีวิตของวัสดุ รวมถึงกระบวนการผลิต และการกำจัดในที่สุด

รายงานของ IDTechEx ‘Materials Informatics 2023-2033’ นี้เป็นฉบับที่ 3 นับตั้งแต่ IDTechEx เริ่มติดตามในภาคสนามมาตั้งแต่ปี 2020 โดยได้รับข้อมูลจากการสัมภาษณ์โดยตรงกับผู้ที่มีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรม เนื้อหารายงานมีทั้งการคาดการณ์ภาวะตลาด ประวัติของผู้เล่น การลงทุน แผนงาน และรายชื่อบริษัทที่เกี่ยวข้อง ที่มา: IDTechEx