Sztuczna inteligencja mapuje 67 000 magnesów – w zasięgu wzroku przyszłość bez pierwiastków ziem rzadkich

Baza danych, która może zmienić globalne łańcuchy dostaw

Naukowcy z University of New Hampshire wykorzystali sztuczną inteligencję do stworzenia najbardziej kompleksowej, przeszukiwalnej bazy danych materiałów magnetycznych, jaka kiedykolwiek powstała – katalogując 67 573 związki i identyfikując 25 wcześniej nierozpoznanych materiałów, które zachowują silne właściwości magnetyczne nawet w podwyższonych temperaturach. Praca, opublikowana w Nature Communications, może pomóc w zerwaniu jednego z najbardziej strategicznie niebezpiecznych uzależnień we współczesnym przemyśle: polegania na kontrolowanych przez Chiny pierwiastkach ziem rzadkich do budowy magnesów zasilających pojazdy elektryczne, turbiny wiatrowe i elektronikę użytkową.

Jak to zrobiła sztuczna inteligencja

Zamiast testować miliony potencjalnych kombinacji materiałów w laboratorium – proces, który zająłby dziesięciolecia – zespół z UNH zbudował system sztucznej inteligencji, który automatycznie czyta literaturę naukową i wyodrębnia dane eksperymentalne. System następnie wprowadza te informacje do modeli uczenia maszynowego, które przewidują, czy dany materiał jest magnetyczny i szacują jego temperaturę Curie, czyli próg, powyżej którego magnes traci swoje właściwości.

„Przyspieszając odkrywanie zrównoważonych materiałów magnetycznych, możemy zmniejszyć zależność od pierwiastków ziem rzadkich, obniżyć koszty pojazdów elektrycznych i systemów energii odnawialnej oraz wzmocnić bazę produkcyjną USA” – powiedziała główna autorka Suman Itani, doktorantka fizyki na UNH. Powstałe zasoby, nazwane Northeast Materials Database, są już wykorzystywane przez naukowców z całej dziedziny.

Problem pierwiastków ziem rzadkich się pogarsza

Pilność tych badań jest trudna do przecenienia. Chiny kontrolują około 60% światowego wydobycia pierwiastków ziem rzadkich, 85–90% zdolności przetwórczych i wytwarzają ponad 90% wysokowydajnych spiekanych magnesów trwałych stosowanych w samochodach, turbinach wiatrowych i systemach obronnych. Typowy silnik pojazdu elektrycznego zawiera 1–2 kilogramy neodymu i prazeodymu – pierwiastków przetwarzanych w przeważającej większości w Chinach.

W kwietniu 2025 roku Pekin jeszcze bardziej zacisnął kontrolę, wprowadzając kontrole eksportu na siedem ciężkich pierwiastków ziem rzadkich i wszystkie powiązane związki. Europejskie ceny pierwiastków ziem rzadkich wzrosły następnie nawet sześciokrotnie w stosunku do cen krajowych w Chinach, a niektórzy producenci samochodów zostali zmuszeni do tymczasowego wstrzymania linii produkcyjnych. Według Center for Strategic and International Studies, kontrole te zagrażają również amerykańskim łańcuchom dostaw dla obronności.

Równoległy przełom z Georgetown

Baza danych UNH nie jest jedynym frontem w wyścigu o materiały bez pierwiastków ziem rzadkich. Naukowcy z Georgetown University oddzielnie zsyntetyzowali nową klasę magnesów opartych na borach o wysokiej entropii – łączących powszechnie występujące metale przejściowe i bor w dużej mierze niezbadanej strukturze krystalicznej C16. Uzyskane materiały osiągają anizotropię magnetyczną zbliżoną do magnesów trwałych z pierwiastków ziem rzadkich, bez ani jednego atomu neodymu lub dysprozu. Ich podejście, opisane szczegółowo przez Phys.org, eliminuje również całkowicie metale szlachetne.

Od laboratorium do fabryki

Oba przełomy wciąż stoją przed tą samą stromą wspinaczką: wyniki laboratoryjne muszą przetrwać skalowanie przemysłowe. Wydajność magnesów często spada, gdy związki są produkowane masowo, a optymalizacja procesów produkcyjnych dla zupełnie nowych klas materiałów zajmuje lata. Profesor Jiadong Zang z UNH przyznał, że to wyzwanie, ale wyraził przekonanie: zespół jest „optymistycznie nastawiony, że nasza eksperymentalna baza danych i rozwijające się technologie sztucznej inteligencji sprawią, że ten cel będzie osiągalny”.

Jeśli nawet garstka z 25 oznaczonych związków okaże się opłacalna w skali przemysłowej, implikacje będą znaczące. Transformacja w kierunku czystej energii zależy obecnie od łańcucha dostaw skoncentrowanego w jednym kraju – kraju, który już zademonstrował gotowość do wykorzystania tej przewagi. Wiarygodna alternatywa bez pierwiastków ziem rzadkich nie tylko obniżyłaby koszty; zasadniczo zmieniłaby geopolitykę zielonej gospodarki.