El cobalto se utiliza en baterías de iones de litio para vehículos eléctricos, por lo que juega un papel importante en la transición energética. Sin embargo, este metal plateado se considera crítico por varias razones: el cobalto es raro. Su proporción en la corteza terrestre es apenas del 0,004 por ciento. Las reservas de cobalto conocidas en todo el mundo se estiman en 7,2 millones de toneladas. Más de la mitad de ellas, alrededor de cuatro millones de toneladas, se encuentran en el territorio de la República Democrática del Congo. Las condiciones laborales en las minas de este país centroafricano inestable suelen ser malas, y los daños ambientales durante la extracción de mineral son grandes.
Ya sea por la falta de seguridad en el suministro, precios demasiado altos en el mercado mundial, preocupaciones éticas, prohibiciones o innovaciones de productos con mejores propiedades de materiales: hay muchas razones para que las empresas busquen materiales alternativos. "Aunque existen bases de datos que los desarrolladores de productos pueden utilizar para la investigación, a menudo no ofrecen resultados útiles porque no tienen en cuenta el caso de uso específico en la empresa", dice Charlotte Schmidt del equipo de investigación de Sostenibilidad y Gestión de Cumplimiento de Materiales en el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Producción y Automatización IPA.
La IA se utiliza para explorar publicaciones científicas
Para facilitar la búsqueda y obtener resultados más relevantes, Schmidt, junto con dos colegas, ha desarrollado una herramienta de sustitución de materiales apoyada por IA. A través de una interfaz de entrada, los usuarios deben primero proporcionar detalles específicos sobre el material o recurso que desean reemplazar y luego indicar las propiedades requeridas del material alternativo, así como información sobre el contexto del uso del material deseado. A continuación, se realiza una búsqueda con IA, que explora la base de datos "Semantic Scholar" en función de los datos específicos y los requisitos del usuario. Al comparar las entradas del usuario con la información disponible en la base de datos, la IA identifica materiales alternativos adecuados.
La conexión de IA para la sustitución de materiales es solo uno de varios componentes con los que los investigadores apoyan a las empresas en la búsqueda de materias primas, materiales o sustancias químicas alternativas. Después de que la IA ha cumplido su tarea, evalúan exhaustivamente los sustitutos propuestos y los materiales de partida, considerando aspectos legales, ecológicos y sociales, así como la seguridad del suministro. En estrecha colaboración con la empresa correspondiente, las investigadoras luego examinan cuán bien los materiales propuestos cumplen con los requisitos específicos. Al final del proceso, se elabora un informe. Este presenta los sustitutos más adecuados y la evaluación de los diferentes criterios. De este modo, las investigadoras ofrecen a las empresas una base sólida para la toma de decisiones.
Las primeras pruebas muestran: la conexión de IA es prometedora
Como alternativa al cobalto, la herramienta de sustitución de materiales apoyada por IA sugiere, entre otras cosas, el hierro. "No es un nuevo hallazgo que en lugar de óxido de litio-níquel-manganeso-cobalto también se puede utilizar fosfato de hierro de litio para los cátodos de las baterías", dice Schmidt. "Pero este y otros resultados nos han mostrado que la conexión de IA en la búsqueda de materiales alternativos es prometedora."
La herramienta de sustitución de materiales apoyada por IA se desarrolló en el proyecto de investigación "Ultraeficiencia de fábrica - Deep Dive", que comenzó en abril de 2024 y se extenderá hasta finales de agosto de 2025. El proyecto de investigación cuenta con el apoyo del Ministerio de Medio Ambiente, Clima y Energía de Baden-Württemberg con un total de 1,4 millones de euros. Los socios del proyecto, además del Fraunhofer IPA, son el Fraunhofer IAO, el Centro para Digitalización, Liderazgo y Sostenibilidad Schwarzwald gGmbH (Campus-Schwarzwald), la Tecnología Ambiental BW GmbH, la Alpirsbacher Klosterbräu Glauner GmbH, la Ansmann AG y la Protektorwerk Florenz Maisch GmbH & Co. KG, así como como socio asociado la ZECHA Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH.
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