前線士兵無法快速充電，因此更依賴電池來為他們的夜視、無線電、小型傳感器、操控無人機的便攜式筆記本電腦和其他作戰必需品供電。如果沒有前進所需的電池動力，士兵們可能被迫撤退，甚至受到敵人火力的攻擊。

美國陸軍研究實驗室正在更廣泛的背景下資助康奈爾大學設計小型、便攜式、輕量級和更持久的燃料電池，來為士兵的上述作戰設備發電。

新實驗專注研發全新燃料電池

當陸軍步兵下車攻擊敵人的防御工事時；當他們冒著敵人的火力快速移動，尋找繼續進攻的最佳位置時，士兵使用的電池的“壽命”可以決定任務的成敗，甚至決定生死。

據陸軍研究辦公室網絡科學分部主任艾耶博士介紹，目前，更大的形狀因子燃料電池已經存在。例如，燃料電池現在被集成到美軍艾布拉姆斯坦克的“輔助動力單元”中，用以增強和擴展坦克傳感器、武器、機載電子和計算機系統的性能。在裝甲戰斗車輛的現代化功能快速發展的同時，它們對電力的需求也日益增加。

然而，與目前正在進行的開發適合大型戰斗車輛燃料電池的工作截然不同，新的實驗專注于研發全新的燃料電池——當前大多數燃料電池都是通過“氧化”氫來發電的，新方法希望用甲醇取代氫。

據報道，康奈爾大學研究團隊開發了一個人工智能系統，該系統發現一種有望制造更高效燃料電池的材料。該系統依賴于一組算法機器人(14.780, -0.12, -0.81%)，其中的每個機器人都執行不同的任務，通過篩選數百到數千種元素的組合，創建一個相位圖——原子之間的排列關系，然后研究人員可以用它來確定哪一種組合可能作為新材料。

研究人員表示，這項研究是材料科學和機器學習領域的一個潛在突破。“基礎科學研究最令人興奮的部分是，你不能總是預測研究結果的走向。”艾耶博士稱，“盡管材料科學的應用，如新型合金的設計，一直都是有可能實現的，但因為實驗的偶然性，我們發現催化劑有助于設計更好的燃料電池，這有助于解決一個對軍隊極其重要的問題——戰場上的電池動力。”

制造

燃料電池通過“氧化”氫來發電

在美軍艾布拉姆斯坦克“輔助動力單元”中，燃料電池用以增強和擴展坦克傳感器、武器、機載電子和計算機系統的性能。

研發

燃料電池用甲醇取代氫

用AI尋找關鍵催化劑，用甲醇替代難以儲存的氫。

催化劑由三種元素結晶成一定的結構，對甲醇氧化有效，可用于甲醇燃料電池。

電池或能在5年后投入使用，以一種更安全和容易運輸的形式提供給士兵,將對士兵在戰場上的表現產生正面影響。

用AI尋找催化劑

“尋求改進汽車燃料電池的研究人員正在尋找一種催化劑，這種催化劑能在燃料電池中用甲醇替代難以儲存的氫，而甲醇的效率可能要高得多。但是，由于沒有已知的材料是甲醇氧化的有效催化劑，因此需要一種新材料。”加州理工學院的科學家格雷戈爾博士說，“如果存在一種可行的催化劑，就需要通過結合元素周期表中的元素來發現它，而組合的數量是如此之多，用傳統的實驗是無法做到的。”

“人類可以解決包含兩個元素的簡單合成系統的相位圖。”格雷戈爾說，“但當有兩個以上元素時，人類需要處理的信息就會太多，我們需要人工智能的幫助。”

然而，因為科學發現有著嚴格的限制，現有的機器學習方法并不適用。在科學發現中，解決方案不但要可信的，而且必須遵守物理和化學定律。

為了迎接這一挑戰，康奈爾大學計算機科學教授、計算可持續性研究所所長戈梅斯和同事們開發了一個名為“晶體相位映射”的系統。該系統中設定了很多不同的任務，包括預測各種組合的相位結構和確保這些預測符合熱力學規則，多個機器人分別負責問題的不同部分。

靈感來自沃森超級計算機

戈梅斯說，“晶體相位映射”系統的靈感部分來自IBM的沃森超級計算機。

沃森超級計算機利用一個由人工智能代理人組成的社區，想出各種可能的解決方案，在智力問答節目《危險邊緣》中擊敗了人類冠軍。

利用該系統，研究人員能夠識別出一種獨特的催化劑，該催化劑由三種元素結晶成一定的結構，對甲醇氧化有效，可用于甲醇燃料電池。“這個研究確實推動了人工智能的前沿，讓它能得出有物理意義的解決方案。這是一個重要的發現，挑戰了我們對催化的理解，也是設計下一代催化劑的一個重要研究方向。”戈梅斯說。

“這項研究的結果是讓電池更耐用、能夠以一種更安全和容易運輸的形式提供給士兵,這將對士兵在戰場上的表現產生巨大的正面影響。”艾耶說。

據報道，這種新型電池或能在5年后投入使用。