Investigadores con sede en EE. UU. han aprovechado el poder de la inteligencia artificial para demostrar una manera más fácil de predecir las temperaturas de fusión de cualquier compuesto o fórmula química.
Antes de este desarrollo, menos del % de las temperaturas de fusión de los estimados 200,-más compuestos inorgánicos que han sido identificados en la tierra eran conocidos.
Las temperaturas de fusión a menudo se miden después de calibrar cuidadosamente las estructuras cristalinas o trazar las curvas de energía libre termodinámica cuando un material se derrite, creando un cambio de fase de sólido a líquido. Pero cuando los materiales de alta temperatura exceden 2, o 3, 000 grados, encontrar una cámara experimental para hacer las mediciones puede ser un desafío. Y, a veces, las rocas tienen mezclas complejas de minerales no mucho más grandes que un grano de arena, por lo que obtener suficientes muestras de un solo mineral también puede presentar un desafío. Aquí es donde entra la IA.
“Empleamos métodos de aprendizaje automático para llenar este vacío mediante la creación de un mapeo rápido y preciso desde la fórmula química hasta la temperatura de fusión”, dijo Qi-Jun Hong, uno de los científicos involucrados en esta investigación, en un comunicado de prensa. “El modelo que hemos desarrollado facilitará el análisis de datos a gran escala relacionados con la temperatura de fusión en una amplia gama de áreas. Estos incluyen el descubrimiento de nuevos materiales de alta temperatura, el diseño de nuevos procesos metalúrgicos extractivos, el modelado de la formación de minerales, la evolución de la tierra a lo largo del tiempo geológico y la predicción de la estructura de los exoplanetas.”
El enfoque de Hong permite calcular las temperaturas de fusión en milisegundos para cualquier entrada de compuesto o fórmula química. Para hacerlo, el equipo de investigación construyó un modelo a partir de una arquitectura de redes neuronales y entrenó su programa de aprendizaje automático en una base de datos personalizada que abarca 9,375 materiales, de los cuales 750 los compuestos tienen temperaturas de fusión superiores a abrasadores 3100 grados Fahrenheit. Los materiales a esta temperatura brillan al rojo vivo.
Investigación bidireccional
La metodología se está utilizando para explorar dos líneas de investigación: 1) predecir las temperaturas de fusión de casi 5, minerales y 2) encontrar nuevos materiales que tengan temperaturas de fusión extremadamente altas por encima de 3100 grados Fahrenheit.
Para el proyecto de minerales, el equipo de Hong pudo predecir las temperaturas de fusión y correlacionarlas con las principales épocas geológicas conocidas de la historia de la Tierra.
Estas temperaturas de fusión obtenidas por IA se aplicaron a los minerales fabricados desde la formación de la tierra hace unos 4.500 millones de años. Los minerales más antiguos se originan directamente de estrellas o condensados de nebulosas interestelares y solares anteriores a la formación de la Tierra hace 4.500 millones de años. Estos son los más refractarios, con temperaturas de fusión alrededor de 2600 F.
En su mayor parte, hubo una disminución gradual en las temperaturas de fusión calculadas de los minerales identificados en la tierra en tiempos más recientes, con dos excepciones importantes.
“La disminución general gradual en la temperatura de fusión de los minerales formados durante la historia de la tierra se interrumpe con dos anomalías, que son claramente pronunciadas en las temperaturas de fusión promedio y medio usando 250 o 500 binning hace millones de años”, Alexandra Navrotsky, coautora de el estudio que presenta estos hallazgos , dijo.
La primera anomalía en la historia temprana de la Tierra provino de un aumento drástico de la temperatura causado por una época de grandes impactos de meteoritos, que posiblemente condujo a la formación de la luna.
«El pico en 3. 750 hace mil millones de años se correlaciona con el momento propuesto del bombardeo intenso tardío, hipotetizado exclusivamente a partir de la datación de muestras lunares y actualmente debatido», Navrotsky dicho.
Formación de minerales que contienen agua
El equipo también notó una gran caída de temperatura en las temperaturas de fusión de los minerales hace alrededor de 1. 75 mil millones de años, lo que está relacionado con el primer conocido ocurrencias de una gran cantidad de minerales hidratados (que contienen agua) y se correlaciona con la glaciación Huronian, la edad de hielo más larga que se cree que fue la primera vez que nuestro planeta estuvo completamente cubierto de hielo.
Con su programa de aprendizaje automático capacitado para replicar con éxito la fusión de minerales en la historia temprana de la Tierra, a continuación, el equipo centró su atención en encontrar nuevos materiales que tengan temperaturas de fusión extremadamente altas.
Se identificaron docenas de nuevos materiales y se predijo computacionalmente que tendrían temperaturas de fusión extremadamente altas por encima de los 5, grados Fahrenheit, más de la mitad de la temperatura de la superficie del sol.
El equipo hizo el modelo lo suficientemente simple y confiable para que cualquier usuario pueda obtener la temperatura de fusión en segundos para cualquier compuesto basándose únicamente en su fórmula química.
“Para usar el modelo, un usuario debe visitar la página web e ingresar las composiciones químicas del material de interés”, dijo Hong. “El modelo responderá con una temperatura de fusión prevista en segundos, así como las temperaturas de fusión reales de los vecinos más cercanos (es decir, los materiales más similares) en la base de datos. Por lo tanto, este modelo sirve no solo como un modelo predictivo, sino también como un manual de la temperatura de fusión”.
