Umelá inteligencia zmapovala 67 000 magnetov – na obzore budúcnosť bez vzácnych zemín

Databáza, ktorá by mohla pretvoriť globálne dodávateľské reťazce

Vedci z University of New Hampshire využili umelú inteligenciu na vytvorenie najkomplexnejšej prehľadávateľnej databázy magnetických materiálov, aká bola kedy zostavená – katalogizovali 67 573 zlúčenín a identifikovali 25 predtým neznámych materiálov, ktoré si zachovávajú silné magnetické vlastnosti aj pri zvýšených teplotách. Táto práca, publikovaná v časopise Nature Communications, by mohla pomôcť prerušiť jednu z najstrategickejšie nebezpečnejších závislostí v modernom priemysle: závislosť od vzácnych zemín kontrolovaných Čínou na výrobu magnetov, ktoré poháňajú elektromobily, veterné turbíny a spotrebnú elektroniku.

Ako to umelá inteligencia dokázala

Namiesto testovania miliónov potenciálnych kombinácií materiálov v laboratóriu – čo by bol proces, ktorý by trval desaťročia – tím UNH vytvoril systém umelej inteligencie, ktorý automaticky číta vedeckú literatúru a extrahuje experimentálne dáta. Systém potom tieto informácie vkladá do modelov strojového učenia, ktoré predpovedajú, či je daný materiál magnetický a odhadujú jeho Curieho teplotu, teda hranicu, nad ktorou magnet stráca svoje vlastnosti.

„Urýchlením objavovania udržateľných magnetických materiálov môžeme znížiť závislosť od prvkov vzácnych zemín, znížiť náklady na elektromobily a systémy obnoviteľnej energie a posilniť výrobnú základňu USA,“ povedal hlavný autor Suman Itani, doktorand fyziky na UNH. Výsledný zdroj, nazvaný Northeast Materials Database, už využívajú výskumníci v celom odbore.

Problém so vzácnymi zeminami sa zhoršuje

Naliehavosť tohto výskumu nemožno preceňovať. Čína kontroluje približne 60 % globálnej ťažby vzácnych zemín, 85 – 90 % spracovateľských kapacít a vyrába viac ako 90 % vysokovýkonných spekaných permanentných magnetov používaných v automobiloch, veterných turbínach a obranných systémoch. Typický motor elektromobilu obsahuje 1 – 2 kilogramy neodýmu a prazeodýmu – prvkov, ktoré sa prevažne spracovávajú v Číne.

V apríli 2025 Peking ešte viac sprísnil kontrolu, keď zaviedol exportné kontroly na sedem ťažkých prvkov vzácnych zemín a všetky súvisiace zlúčeniny. Európske ceny vzácnych zemín následne vzrástli až na šesťnásobok čínskych domácich cien a niektoré automobilky boli nútené dočasne zastaviť výrobné linky. Podľa Centra pre strategické a medzinárodné štúdie, kontroly ohrozujú aj dodávateľské reťazce obrany USA.

Paralelný prelom z Georgetownu

Databáza UNH nie je jediným frontom v pretekoch o materiály bez vzácnych zemín. Výskumníci z Georgetown University samostatne syntetizovali novú triedu magnetov založenú na vysokoentropických boridoch – kombinujúcich prechodné kovy a bór, ktoré sa v prírode vyskytujú v hojnom množstve, v prevažne nepreskúmanej kryštalickej štruktúre C16. Výsledné materiály dosahujú magnetickú anizotropiu blížiacu sa k anizotropii permanentných magnetov zo vzácnych zemín, bez jediného atómu neodýmu alebo dysprózia. Ich prístup, podrobne opísaný na Phys.org, tiež úplne eliminuje drahé kovy.

Od laboratórneho stola po výrobnú halu

Oba prelomové objavy stále čelia rovnakému náročnému postupu: laboratórne výsledky musia prežiť priemyselné škálovanie. Výkon magnetov sa často zhoršuje, keď sa zlúčeniny vyrábajú vo veľkom, a optimalizácia výrobných procesov pre úplne nové triedy materiálov trvá roky. Profesor Jiadong Zang z UNH uznal túto výzvu, ale vyjadril presvedčenie: tím je „optimistický, že naša experimentálna databáza a rastúce technológie umelej inteligencie urobia tento cieľ dosiahnuteľným.“

Ak sa čo i len hŕstka z 25 označených zlúčenín ukáže ako životaschopná v rozsiahlej výrobe, dôsledky budú významné. Prechod na čistú energiu v súčasnosti závisí od dodávateľského reťazca koncentrovaného v jednej krajine – takej, ktorá už preukázala ochotu využiť túto páku. Dôveryhodná alternatíva bez vzácnych zemín by nielen znížila náklady; zásadne by zmenila geopolitiku zelenej ekonomiky.