斯坦福大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組使用人工智能將電池測(cè)試時(shí)間縮短了近15倍，而電池測(cè)試時(shí)間是電動(dòng)汽車持久，快速充電的主要障礙。從行駛里程到充電時(shí)間再到汽車使用壽命，電池性能會(huì)影響電動(dòng)汽車的體驗(yàn)。現(xiàn)在，人工智能已經(jīng)使夢(mèng)想變成了現(xiàn)實(shí)，比如在加油站停車時(shí)給電動(dòng)汽車充電，這將成為現(xiàn)實(shí)，并且可以幫助改善電池技術(shù)的其他方面。

幾十年來(lái)，電動(dòng)汽車電池的發(fā)展一直受到一個(gè)主要瓶頸的限制：評(píng)估時(shí)間。在電池開(kāi)發(fā)過(guò)程的每個(gè)階段，必須對(duì)新技術(shù)進(jìn)行幾個(gè)月甚至幾年的測(cè)試，以確定它們將持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間。

但是現(xiàn)在，由斯坦福大學(xué)教授Stefano Ermon 和 William Chueh領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì) 開(kāi)發(fā)了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，該方法將這些測(cè)試時(shí)間縮短了98%。盡管該小組在電池充電速度方面測(cè)試了他們的方法，但他們表示該方法可以應(yīng)用于電池開(kāi)發(fā)流程的許多其他部分，甚至可以應(yīng)用于非能源技術(shù)。

“在電池測(cè)試中，您必須嘗試大量的事情，因?yàn)楂@得的性能會(huì)大大不同，”計(jì)算機(jī)科學(xué)助理教授Ermon說(shuō)。“借助AI，我們能夠快速找到最有前途的方法，并消除許多不必要的實(shí)驗(yàn)。”

《自然》雜志發(fā)表 的 這項(xiàng)研究 是斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院和豐田研究所的科學(xué)家之間更大合作的一部分，該合作將基礎(chǔ)學(xué)術(shù)研究與現(xiàn)實(shí)世界的工業(yè)應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)。目標(biāo)：找到在10分鐘內(nèi)為EV電池充電的最佳方法，以最大程度地延長(zhǎng)電池的整體使用壽命。研究人員編寫了一個(gè)程序，該程序僅基于幾個(gè)充電周期即可預(yù)測(cè)電池對(duì)不同充電方式的反應(yīng)。該軟件還實(shí)時(shí)確定關(guān)注或忽略哪些計(jì)費(fèi)方式。通過(guò)減少試驗(yàn)的時(shí)間和數(shù)量，研究人員將測(cè)試過(guò)程從近兩年縮短到了16天。

“我們想出了如何極大地加快超快速充電的測(cè)試過(guò)程的方法，”彼得·阿提亞(Peter Attia)說(shuō)。“不過(guò)，真正令人興奮的是方法。我們可以將這種方法應(yīng)用于目前導(dǎo)致電池開(kāi)發(fā)延誤數(shù)月或數(shù)年的許多其他問(wèn)題。”

一種更智能的電池測(cè)試方法

設(shè)計(jì)超快速充電電池是一個(gè)重大挑戰(zhàn)，主要是因?yàn)楹茈y使它們持續(xù)使用。更快的充電強(qiáng)度會(huì)使電池承受更大的壓力，這通常會(huì)導(dǎo)致電池過(guò)早失效。為了防止損壞構(gòu)成電動(dòng)汽車總成本很大一部分的電池組，電池工程師必須測(cè)試一系列詳盡的充電方法，以找到最適合的充電方法。

新的研究試圖優(yōu)化這一過(guò)程。從一開(kāi)始，團(tuán)隊(duì)就發(fā)現(xiàn)快速充電優(yōu)化需要進(jìn)行多次試錯(cuò)測(cè)試-對(duì)于人類來(lái)說(shuō)這是低效率的，但是對(duì)于機(jī)器來(lái)說(shuō)卻是一個(gè)完美的問(wèn)題。

“機(jī)器學(xué)習(xí)是反復(fù)試驗(yàn)，但是以一種更聰明的方式，”計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的研究生阿迪亞·格羅弗(Aditya Grover)說(shuō)，他也是該研究的共同負(fù)責(zé)人。“在確定何時(shí)進(jìn)行探索，嘗試新的和不同的方法以及何時(shí)對(duì)最有前途的方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)或零投入方面，計(jì)算機(jī)要比我們好得多。”

團(tuán)隊(duì)通過(guò)兩種關(guān)鍵方式利用了這一優(yōu)勢(shì)。首先，他們使用它來(lái)減少每個(gè)循環(huán)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。在 之前的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，與其對(duì)每個(gè)電池進(jìn)行充電和充電直至其失效(這是測(cè)試電池壽命的通常方法)，他們可以預(yù)測(cè)僅在最初的100個(gè)充電周期后電池可以使用多長(zhǎng)時(shí)間。這是因?yàn)闄C(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)幾個(gè)循環(huán)失敗的電池的培訓(xùn)之后，可以在早期數(shù)據(jù)中找到模式，這些模式預(yù)示了電池將持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間。

其次，機(jī)器學(xué)習(xí)減少了他們必須測(cè)試的方法的數(shù)量。計(jì)算機(jī)沒(méi)有平等地測(cè)試每種可能的充電方法，也不是依靠直覺(jué)來(lái)測(cè)試，而是從其經(jīng)驗(yàn)中學(xué)到了可以快速找到最佳的測(cè)試協(xié)議。

通過(guò)以更少的周期測(cè)試更少的方法，該研究的作者迅速找到了適合其電池的最佳超快速充電協(xié)議。Ermon說(shuō)，除了大大加快測(cè)試過(guò)程之外，該計(jì)算機(jī)的解決方案還比電池科學(xué)家可能設(shè)計(jì)的要好得多，而且也更加不尋常。

“它給了我們這個(gè)非常簡(jiǎn)單的充電協(xié)議，這是我們沒(méi)想到的，” Ermon說(shuō)。“這就是人與機(jī)器之間的區(qū)別：機(jī)器不受人的直覺(jué)的偏見(jiàn)，人的直覺(jué)功能強(qiáng)大，但有時(shí)會(huì)引起誤解。”

廣泛的應(yīng)用

研究人員說(shuō)，他們的方法幾乎可以加速電池開(kāi)發(fā)的每個(gè)環(huán)節(jié)：從設(shè)計(jì)電池的化學(xué)性質(zhì)到確定其尺寸和形狀，再到尋找更好的制造和存儲(chǔ)系統(tǒng)。這不僅會(huì)對(duì)電動(dòng)汽車產(chǎn)生廣泛影響，而且對(duì)其他類型的儲(chǔ)能也將產(chǎn)生廣泛的影響，這是在全球范圍內(nèi)轉(zhuǎn)向風(fēng)能和太陽(yáng)能的一項(xiàng)關(guān)鍵要求。

該研究的合著者，豐田研究院的科學(xué)家帕特里克·赫林說(shuō)：“這是進(jìn)行電池開(kāi)發(fā)的一種新方法。” “擁有可以在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的許多人之間共享的數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)分析，可以更快地進(jìn)行創(chuàng)新。”

Herring補(bǔ)充說(shuō)，這項(xiàng)研究的機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)將可供未來(lái)的電池科學(xué)家自由使用。他說(shuō)，通過(guò)使用該系統(tǒng)通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)優(yōu)化流程的其他部分，電池開(kāi)發(fā)以及更新更好的技術(shù)的到來(lái)可能會(huì)加速一個(gè)數(shù)量級(jí)甚至更多。

埃蒙說(shuō)，這項(xiàng)研究方法的潛力甚至超出了電池領(lǐng)域。從藥物開(kāi)發(fā)到優(yōu)化X射線和激光的性能等其他大數(shù)據(jù)測(cè)試問(wèn)題，也可以通過(guò)使用機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化來(lái)徹底解決。他說(shuō)，最終，它甚至可以幫助優(yōu)化所有最基本的流程之一。

埃蒙說(shuō)：“更大的希望是幫助科學(xué)發(fā)現(xiàn)本身。” “我們?cè)趩?wèn)：我們可以設(shè)計(jì)這些方法來(lái)自動(dòng)提出假設(shè)嗎?它們可以幫助我們提取人類無(wú)法獲得的知識(shí)嗎?隨著我們獲得越來(lái)越好的算法，我們希望整個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程可以大大加快。”

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