Rumah
Tentang Fuji Electric
Cerita
Mengurangkan Masa dan Kos Pembangunan melalui Kuasa Sains Pengiraan

Mengurangkan Masa dan Kos Pembangunan melalui Kuasa Sains Pengiraan

Daripada tiga Hadiah Nobel dalam sains semula jadi yang diumumkan pada Oktober 2024, Hadiah Fizik dan Hadiah Kimia telah dianugerahkan kepada penyelidik yang terlibat dalam asas pembelajaran mesin dalam bidang AI.

AI, yang secara asasnya mengubah kehidupan kita, menganalisis sejumlah besar data dunia sebenar untuk membuat ramalan dan keputusan. Walau bagaimanapun, penyelesaian yang dihasilkan oleh AI mesti diuji oleh manusia. Ini kerana AI masih jauh dari sempurna.

Sebaliknya, terdapat bidang pengajian yang mendekati sains dengan cara yang sangat berbeza daripada AI.

Sains pengiraan melibatkan simulasi dunia mikroskopik menggunakan data dan pengiraan yang berdasarkan undang-undang sains. Kami menemu bual tiga ahli pasukan sains pengiraan Fuji Electric, yang cuba memahami mekanisme peringkat molekul.

Sains Pengiraan Membongkar Cabaran Selama 70 Tahun

Fuji Electric memberikan nilai dengan membantu membawa tenaga bersih ke arus perdana. Sebagai sebahagian daripada usaha ini, kami telah terlibat dalam penjanaan kuasa geoterma, sejenis tenaga boleh diperbaharui, sejak 1960-an. Syarikat itu telah menjadi peneraju dunia dalam pembuatan turbin wap untuk kuasa geoterma, memegang kira-kira 40% daripada bahagian pasaran sejak tahun 2000. Selain menghantar hampir 90 turbin wap geoterma di Jepun dan luar negara, kami juga telah mengambil tugas untuk kejuruteraan keseluruhan loji janakuasa geoterma.

Penjanaan kuasa geoterma telah dibelenggu oleh isu berterusan skala silika sejak 1950-an.

Terutamanya terdiri daripada silikon dioksida yang terdapat dalam air, skala silika ialah sejenis pembentukan mineral yang terbentuk apabila air menyejat dan hanya mineral yang kekal. Ia adalah kerak putih pada tingkap dan cermin bekas basuh yang boleh dihanyutkan dengan air, hanya akan muncul semula apabila air kering.

Loji janakuasa geoterma menjana elektrik dengan mengekstrak air dan wap geoterma suhu tinggi, tekanan tinggi dari bawah tanah. Walau bagaimanapun, penyumbatan akan berlaku akibat pengumpulan skala silika di dalam paip. Sehingga kini, tiada siapa yang menghasilkan penyelesaian radikal. Sebaliknya, penyelidik cenderung untuk memberi tumpuan kepada bagaimana untuk menindas jumlah skala silika yang akan didepositkan.

Pada tahun 2023, pasukan sains pengiraan Fuji Electric menemui fenomena di sebalik masalah ini, yang telah berterusan selama lebih 70 tahun.

Makmal di dalam Komputer

Tidak seperti analisis, yang melibatkan penggunaan mikroskop elektron untuk memerhati secara langsung molekul, dan eksperimen, di mana hasil diuji dengan menggabungkan bahan, sains pengiraan melibatkan melaksanakan simulasi peringkat molekul dalam ruang 3D maya di dalam komputer. Pengiraan diproses oleh komputer mengikut undang-undang sains.

Contoh skrin simulasi yang menunjukkan pembentukan skala silika dalam air

Cik Okada daripada Pasukan Sains Pengiraan Fuji Electric

Cik Okada, ahli pasukan sains pengiraan yang menyertai Fuji Electric pada tahun 2011, menjelaskan, "Kami menyumbang kepada pembangunan produk dengan mencipta hipotesis kami sendiri, menjalankan simulasi pada komputer dan mencadangkan keputusan pengesahan dan langkah penambahbaikan kepada bahagian perniagaan. Jika kami mengetahui terlebih dahulu sifat-sifat bahan tertentu, seperti fakta bahawa bahan itu sensitif kepada haba, contohnya, bilangan perniagaan yang mesti kita lakukan dengan ketara, sebagai contoh, bilangan pembahagian yang boleh dikurangkan dengan ketara. prototaip yang mesti mereka cipta."

Sains pengiraan memendekkan masa pembangunan dan mengurangkan kos pembangunan. Ia juga membantu meramalkan tindak balas kimia yang berpotensi berbahaya, termasuk fenomena yang mengakibatkan degradasi bahan atau pembentukan kekotoran, yang seterusnya menyumbang kepada penciptaan produk yang tahan lama dan berkualiti tinggi.

Melangkaui Had Eksperimen melalui Sains Pengiraan

Dr. Jiang dari Pasukan Sains Pengiraan Fuji Electric

Jabatan Penyelidikan Teknologi Analisis, yang mempunyai pasukan sains pengiraan, memainkan peranan dalam mempercepatkan penyelidikan dan pembangunan dengan menganalisis semua bahan yang digunakan di seluruh Fuji Electric dan mencadangkan penambahbaikan pada produk sebagai sebahagian daripada usaha untuk merealisasikan masyarakat yang tidak berkarbon dan berasaskan kitar semula.

Berkenaan dengan skala silika yang dinyatakan sebelum ini, pasukan sains pengiraan mengenal pasti mekanisme di sebalik pembentukannya atas permintaan jabatan yang bertanggungjawab bagi penjanaan kuasa geoterma. Inilah yang mencetuskan idea untuk penyelesaian.

Dr. Jiang, yang menyertai syarikat itu pada 2021 selepas bekerja sebagai guru universiti dalam bidang kimia, menceritakan, "Melakukan kerja yang secara langsung berkaitan dengan penyelesaian kepada isu sosial menjadikan setiap hari menarik."

"Eksperimen dan sains pengiraan kedua-duanya mempunyai kekuatan dan batasan masing-masing. Bagi masalah skala silika, kami telah melakukan semua yang kami boleh lakukan melalui eksperimen, membawa kami ke jalan buntu. Pada ketika inilah kami beralih kepada perspektif sains pengiraan, membolehkan kami mencipta 'persamaan ramalan' untuk proses yang membawa kepada pembentukan skala silikavis untuk menjadikan sains boleh dilihat dalam pengiraan."

Menyumbang kepada Penyahkarbonan dengan Sains Pengiraan di Depan

Encik Saeki daripada Pasukan Sains Pengiraan Fuji Electric

Walaupun sains pengiraan adalah berdasarkan undang-undang sains, ia masih boleh menghasilkan keputusan yang melampaui jangkaan manusia.
Encik Saeki, yang meninggalkan pengeluar kereta pada 2021 untuk bekerja dengan Cik Okada dan Dr. Jiang dalam sains pengiraan, menerangkan.

“Sekali-sekala, anda menghadapi keputusan yang membuatkan anda berfikir, 'Tindak balas kimia ini tidak sepatutnya berlaku.' Apabila saya menghadapi masalah untuk mentafsir data, saya cuba memahaminya dengan membaca kertas penyelidikan untuk mengumpulkan maklumat, atau dengan membincangkannya dengan profesor di institusi penyelidikan rakan kongsi kami."

Dr. Jiang mengangguk bersetuju dengan Encik Saeki, sambil menambah, "Apabila bahagian perniagaan berunding dengan kami tentang kecacatan produk yang mereka tidak dapat mengenal pasti puncanya, kami mencadangkan penyelesaian dari perspektif sains pengiraan. Mereka biasanya menjawab dengan bertanya, 'Adakah anda pasti itu akan berkesan?' Kami memberi jaminan kepada mereka untuk tidak bimbang, tetapi setiap kali, saya sentiasa gelisah sehingga keputusan benar-benar datang.”

Sains Pengiraan Boleh Dicapai Walaupun kepada Mereka Yang Tidak Berpengalaman

Cik Okada mempelajari sintesis organik sebagai pelajar sarjana muda dan pengimejan molekul di sekolah siswazah. Selepas menyertai syarikat itu, dia terlibat dalam pembangunan sensor. Pada 2019, dia telah dipindahkan ke jabatannya sekarang, di mana dia diperkenalkan kepada sains pengiraan buat kali pertama.

"Sains pengiraan ialah bidang penyelidikan baharu. Terdapat beberapa pakar dalam syarikat itu, jadi saya belajar bersungguh-sungguh dengan membaca buku, menghadiri seminar luar dan menjalani latihan syarikat. Ia boleh diakses walaupun kepada orang yang tidak berpengalaman asalkan mereka berusaha. Sekarang, saya juga boleh meminta seorang bekas guru universiti (Dr. Jiang) untuk mengajar saya," kata Cik Okada.

Dengan menyambung ke komputer syarikat dari rumah, Cik Okada boleh mengakses sistem pengiraan dari jauh. Ibu kepada dua anak, dia boleh bekerja dari rumah sambil membuat penemuan tentang dunia mikroskopik.

Pasukan sains pengiraan kini mempunyai enam ahli. Salah seorang daripada mereka sedang belajar di Universiti Teknologi Vienna di Austria, yang sedang mengorak langkah dalam penyelidikan sains pengiraan.

Kami meminta tiga pekerja untuk menulis mesej kepada pelajar.
Dr. Jiang (kiri) menulis ungkapan yang bermaksud "kesederhanaan dan ketabahan." Dia menerangkan, "Ini adalah frasa yang dikongsi oleh seorang profesor yang telah membimbing saya sejak di universiti. Kemajuan yang tekun dan mantap adalah penting untuk sains pengiraan." Cik Okada (tengah) menulis, "Buat minat dalam pelbagai topik." Dia menceritakan, "Melakukannya akan membawa kepada kesedaran yang tidak dijangka dan penemuan yang menarik di luar apa yang anda bayangkan." Encik Saeki (kanan) menulis perkataan "relax," sambil menambah, "Sukar untuk menghasilkan idea yang bagus apabila anda gugup. Ini amat penting untuk diingat apabila anda mengharungi bidang yang mencabar."

Memanfaatkan Kuasa Sains Pengiraan

Dikatakan bahawa sains pengiraan, yang berdasarkan undang-undang sains, akhirnya akan menjadikan segala-galanya di dunia boleh diramalkan.

"Sains pengiraan sangat menarik kerana ia boleh digunakan untuk mensimulasikan tindak balas kimia, termasuk pergerakan atom, yang tidak dapat dilihat menggunakan mikroskop elektron. Kami berhasrat untuk terus membuat penemuan tentang dunia mikroskopik," jelas Encik Saeki. Dr. Jiang menambah, "Kami mahu mempromosikan sains pengiraan sebagai 'pakej produk' yang akan menyumbang kepada pembangunan bahan dan memanjangkan hayat produk."

Penyelidikan untuk mengembangkan skop sains pengiraan dengan menggabungkannya dengan AI juga sedang dijalankan. "Saya ingin melihat orang dari pelbagai disiplin memasuki dunia sains pengiraan," kongsi Cik Okada.

Ini bukan semua tentang AI. Kuasa sains pengiraan juga membawa kepada penemuan baru.