Sustitución de materiales: la inteligencia artificial ayuda en la búsqueda de alternativas
Un sistema inteligente busca en publicaciones científicas sustitutos de materias primas críticas, por ejemplo en baterías
Falta de seguridad de abastecimiento, precios excesivamente altos, optimización técnica, prohibiciones: Hay muchas razones por las que las empresas se ven obligadas a sustituir determinadas materias primas o materiales por otros. La búsqueda de alternativas lleva mucho tiempo y a menudo acaba en fracaso. Un equipo de investigadores del instituto Fraunhofer IPA ha desarrollado una herramienta de sustitución de materiales asistida por inteligencia artificial.
El cobalto se utiliza en las baterías de iones de litio de los vehículos eléctricos y, por tanto, desempeña un papel importante en la transición energética. Sin embargo, este metal gris plateado es una materia prima crítica por varias razones: El cobalto es raro. Sólo constituye el 0,004% de la corteza terrestre. Las reservas mundiales conocidas de cobalto se estiman en 7,2 millones de toneladas. Más de la mitad de ellas, unos cuatro millones de toneladas, se encuentran en el territorio de la República Democrática del Congo. Las condiciones de trabajo en las minas de este inestable país centroafricano suelen ser malas y los daños medioambientales causados por la extracción de mineral son cuantiosos.
Ya sea por la falta de seguridad de abastecimiento, los precios excesivamente altos en el mercado mundial, las preocupaciones éticas, las prohibiciones o las innovaciones de productos con mejores propiedades materiales: Hay muchas razones para que las empresas busquen materiales alternativos. "Existen bases de datos que los desarrolladores de productos pueden utilizar para investigar. Sin embargo, a menudo no ofrecen resultados útiles porque no tienen en cuenta el caso de uso exacto en la empresa", explica Charlotte Schmidt, del equipo de investigación Gestión de la sostenibilidad y el cumplimiento de materiales del Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Fabricación y Automatización IPA.
La IA se utiliza para cribar publicaciones científicas
Para facilitar la búsqueda y obtener resultados más adecuados, Schmidt y dos colegas han desarrollado una herramienta de sustitución de materiales asistida por IA. Utilizando una máscara de entrada, los usuarios tienen que introducir primero detalles específicos sobre el material o la materia prima que quieren sustituir y después especificar las propiedades requeridas del material alternativo, así como información sobre el contexto del uso deseado del material. A continuación, la IA realiza una búsqueda en la base de datos "Semantic Scholar" a partir de los datos específicos y los requisitos del usuario. Al comparar los datos introducidos por el usuario con la información disponible en la base de datos, la IA identifica los materiales alternativos adecuados.
La conexión de la IA para la sustitución de materiales es sólo uno de los diversos componentes con los que los investigadores apoyan a las empresas en su búsqueda de materias primas, materiales o sustancias químicas alternativas. Una vez concluida su tarea, la IA somete los sustitutos propuestos y los materiales de origen a una evaluación exhaustiva, teniendo en cuenta los aspectos legales, ecológicos y sociales, así como la seguridad del suministro. En estrecho diálogo con la empresa correspondiente, los científicos comprueban a continuación en qué medida los materiales propuestos cumplen exactamente los requisitos específicos. Al final del proceso se elabora un informe. En él se presentan los sustitutos más adecuados y la evaluación de los distintos criterios. De este modo, los científicos proporcionan a las empresas una base sólida para la toma de decisiones.
Las primeras pruebas lo demuestran: La conexión AI es prometedora
Una de las alternativas al cobalto sugeridas por la herramienta de sustitución de materiales asistida por IA es el hierro. "No es un descubrimiento nuevo que el fosfato de litio y hierro pueda utilizarse para los cátodos de las baterías en lugar del óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto", afirma Schmidt. "Pero éste y otros resultados nos han demostrado que la conexión con la IA es prometedora en la búsqueda de materiales alternativos".
La herramienta de sustitución de materiales asistida por IA se desarrolló como parte del proyecto de investigación "Ultra-Efficiency Factory - Deep Dive", que se puso en marcha en abril de 2024 y se prolongará hasta finales de agosto de 2025. El proyecto de investigación cuenta con el apoyo del Ministerio de Medio Ambiente, Protección del Clima y Sector Energético de Baden-Württemberg con un total de 1,4 millones de euros. Además de Fraunhofer IPA, los socios del proyecto son Fraunhofer IAO, Centrum für Digitalisierung, Führung und Nachhaltigkeit Schwarzwald gGmbH (Campus-Schwarzwald), Umwelttechnik BW GmbH, Alpirsbacher Klosterbräu Glauner GmbH, Ansmann AG y Protektorwerk Florenz Maisch GmbH & Co. KG, así como ZECHA Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH como socio asociado.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
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