‫רעיונות שישנו את עולמנו‬ – לחלום בחומר / גרברנד סידר וקריסטין פרסון

עשר דרכים שבהן המדע עשוי לשנות את העולם – מבניית חומרים חדשים אטום-אטום ועד רובוטים דמויי תולעים ותמנונים

– מחלות / דינה פיין מארון

תצוגות אלקטרוניות / צ'רלס ק' צ'וי

תרופות / דייזי יוהאס

חישוב בענן / צ'רלס ק' צ'וי

מיקרוביום / קתרין הרמון קוראז'

מטה-חומרים / לי בילינגס

רובוטים רכים / לארי גרינמייר

חומרים סופר קלים / מריסה פסנדן

אחסון פחמן / דייב לויטן

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

לחלום בחומר / גרברנד סידר וקריסטין פרסון

מצבי הצבירה של החומר. איור: shutterstock
מצבי הצבירה של החומר. איור: shutterstock

מדענים בונים חומרים חדשים אטום אחרי אטום, בעזרת מחשבי-על ומשוואות קוונטיות, לפני שערכו אפילו ניסוי אחד

ב-1878 החליט תומס אדיסון להמציא מחדש את התאורה החשמלית. כדי לפתח נורות קטנות שמתאימות לשימוש ביתי, היה עליו למצוא גורם מפיץ אור שיהיה עמיד לאורך זמן, יפיץ מעט חום ויצרוך מעט חשמל. אדיסון, מונחה בעיקר על ידי האינטואיציה, החל לבחון אלפי חומרים פחמניים: עץ תאשור, קליפת אגוז קוקוס, שערות מזקנו של עוזר המעבדה שלו. כעבור 14 חודשים הוא רשם פטנט על נורה עם חוט להט עשוי מפתיל כותנה מפוחם. העיתונות בישרה על המצאתו במילים "הישג אדיר לממציא גדול של התאורה החשמלית." אלא שהיו חומרים טובים יותר לחוטי להט. בתחילת המאה ה-20, ממציא אמריקני אחר יצר חוט להט מן המתכת טונגסטן, שבו אנו משתמשים עד היום. חוט הכותנה של אדיסון היה להיסטוריה.

מדע החומרים העוסק ב"הִנדוס" חומרים לצורות חדשות ושימושיות, עבר דרך ארוכה מאז ימי אדיסון. מכניקת הקוונטים העניקה למדענים הבנה מעמיקה של התנהגות החומר, וכתוצאה מכך גם יכולת טובה יותר לבסס את המחקר על תיאוריה מדעית במקום על השערות. אף על פי כן, פיתוח חומרים הוא עדיין תהליך ממושך ויקר מאוד. חברות משקיעות מיליארדים בתכנון חומרים חדשים, אך סיפורי ההצלחה מעטים ונדירים. אנשי המחקר הוגים רעיונות חדשים המבוססים על אינטואיציה ועל ניסיון; אך תרגום הרעיונות האלה לשפת המעשה ובדיקתם כרוכים בתהליך ממושך ומייגע של ניסוי וטעייה. בדיקה של חומר חדש יחיד עשויה לארוך חודשים, ולעתים קרובות התוצאה שלילית. תומס איגר, עמיתנו במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT), מצא שנדרשות בממוצע 15 עד 20 שנים למעבר משלב מבחני המעבדה לשלב היישום המסחרי, גם אם מדובר בחומר מוצלח. לדוגמה, כשהכריזה חברת סוני על סוללת הליתיום-יון המסחרית הראשונה ב-1991, היה נראה כאילו זו קפיצת-דרך מדעית מדהימה, אך לאמיתו של דבר, מאות או אף אלפי אנשי מחקר בתחום הסוללות עמלו במשך כשני עשורים של התקדמות מהוססת ורצופת כישלונות עד שעבודתם הוכתרה כהצלחה.

עם זאת, מדע החומרים מצוי על סף מהפכה. אנחנו יכולים לרתום מאה שנים של התפתחות בפיזיקה ובמדעי המחשב כדי להתקדם מעבר לתהליך האדיסוני. הצמיחה המעריכית בעוצמת העיבוד הממוחשב, בשילוב עם עבודתם המדעית של וולטר קוֹן וג'ון פופל המנוח, שפיתחו בשנות ה-60 וה-70 של המאה ה-20 פתרונות פשוטים אך מדויקים למשוואות הקוונטיות, מאפשרות תכנון של חומרים חדשים יש מאין באמצעות מחשבי-על ועל סמך החוקים הבסיסיים של הפיזיקה. טכניקה זו מכונה "תכנון חומרים בשיטות חישוביות בתפוקה גבוהה", והרעיון העומד ביסודה פשוט: שימוש במחשבי-על כדי לבחון, באופן וירטואלי, מאות או אף אלפי תרכובות כימיות בו בזמן, ולאתר במהירות וביעילות את אבני הבניין המיטביות ליצירת חומר חדש, בין שמדובר באלקטרודה של סוללה או בסגסוגת מתכתית ובין שמדובר במוליך-למחצה מסוג חדש.

רוב החומרים עשויים ממספר רב של תרכובות כימיות. אלקטרודות של סוללות, שעשויות מכמה תרכובות, הן דוגמה טובה לכך. אך יש גם חומרים פשוטים בהרבה. גְרַפֵן, שדובר עליו רבות כעל חומר העתיד של האלקטרוניקה, הוא למעשה יריעת פחמן שעובייה אטום יחיד. בלי קשר למורכבות החומר, דבר אחד נכון תמיד: התכונות שלו, דחיסות, קַשְׁיוּת, ברק, מוליכות חשמלית, נקבעות על ידי התכונות הקוונטיות של האטומים שמהם הוא עשוי. אם כן, השלב הראשון בתכנון חומרים בשיטות חישוביות בתפוקה גבוהה הוא "לגדל" חומרים חדשים באופן וירטואלי באמצעות אלפי חישובים המבוססים על מכניקת הקוונטים. מחשב-על מארגן אטומים וירטואליים במאות או באלפי מבנים גבישיים. לאחר מכן, אנחנו מחשבים את התכונות של התרכובות הווירטואליות האלה. איך נראים המבנים הגבישיים? עד כמה הם נוקשים? האם הם בולעים אור? מה קורה כשמפעילים עליהם כוח? האם הם מוליכים חשמל וחום או מבודדים? אנחנו מורים למחשב לאתר תרכובות בעלות תכונות רצויות ייחודיות, ובתוך זמן קצר מתגלות תרכובות מבטיחות. בסיום התהליך, הנתונים שנצברו במהלך המחקר מועברים למסד נתונים, שממנו חוקרים אחרים יוכלו לכרות מידע בעתיד.

מאז 2011 אנחנו מובילים שיתוף פעולה בין חוקרים, הקרוי "פרויקט החומרים" (Materials Project), שמטרתו להאיץ את מהפכת החומרים הממוחשבת. הפרויקט מיועד ליצור מסדי נתונים נגישים לשימוש חופשי, שיכללו את התכונות התרמודינמיות והאלקטרוניות הבסיסיות של כל התרכובות האי-אורגניות המוכרות. עד היום חישבנו את התכונות הבסיסיות (ארגון המבנה הגבישי, הולכה חשמלית, העברת אור וכולי) של כמעט כל 35,000 החומרים האי-אורגניים המוכרים שקיימים בטבע. באותו אופן סקרנו גם את התכונות של כמה אלפי חומרים אחרים שמצויים רק בתיאוריה. עד כה, כ-5,000 מדענים נרשמו לקבלת גישה למסד הנתונים שבו אגור המידע הזה, והם משתמשים בו כדי לתכנן חומרים חדשים לתאים סולריים, לסוללות ולטכנולוגיות אחרות.

צוות המחקר שלנו אינו היחיד שאימץ גישה זו. קבוצה של חוקרים בראשות סטפנו קורטרולו מאוניברסיטת דיוק חישבה את התכונות של עשרות אלפי סגסוגות; המחקר שערכו יכול לסייע בייצור מרכבים של מכוניות, קורות לבניית גורדי שחקים, מעטים חיצוניים למטוסים ועוד, שכולם קלים וחזקים יותר מן המצויים בשימוש. במסגרת הפרויקט לאינפורמטיקה קוונטית של חומרים, שנערך על ידי אנשי מחקר מן המעבדה הלאומית האמריקנית ארגון, מאוניברסיטת סטנפורד ומן האוניברסיטה הטכנית של דנמרק, מיושמות שיטות חישוביות בתפוקה גבוהה כדי לחקור תהליכים קטליטיים על משטחים מתכתיים, ולזה יש שימוש רב ערך בייחוד במחקרים בתחום האנרגיה.

כבר בעתיד הקרוב מאוד, יוכלו מדעני חומרים להיעזר בשיטות חישוביות בתפוקה גבוהה כדי לתכנן כמעט כל דבר. אנחנו סבורים שהדבר יוליך לפיתוח טכנולוגיות שיעצבו מחדש את עולמנו: פריצות דרך שישנו את פני המחשוב, יעלימו את הזיהום הסביבתי, יְיצרו אנרגיה נקייה בשפע וישפרו את חיינו בדרכים שקשה לדמיין כיום.

הגנום של החומר

העולם המודרני מבוסס על ההצלחה של מדע החומרים. יצירת זכוכית מוליכה שקופה הביאה לפיתוח מסכי המגע של הסמארטפונים שלנו. אותם מכשירים מסוגלים לשדר מידע מסביב לעולם במהירות האור בזכות מדעני החומרים, שגילו דרך לייצר זכוכית ללא יונים מזהמים, שעליה מבוססת התקשורת בסיבים אופטיים. זאת ועוד, הטלפונים האלה מסוגלים לעבוד יום שלם ללא טעינה בזכות תחמוצות אוגרות הליתיום, שפיתחו מהנדסי החומרים בשנות ה-70 וה-80 של המאה ה-20, המשמשות בסיס לסוללת הליתיום-יון.

קרדיט: מארק היידוק

המחקר שערכנו בנושא הסוללות הוא שהוליך אותנו לתכנון חומרים בשיטות חישוביות בתפוקה גבוהה. הקדשנו לכך את מיטב שנות הקריירה שלנו, אך עד שדנו בנושא, ב-2005, עם בכירים בחברת פרוקטור וגמבל לא העלינו בדעתנו מה יהיה אפשר להפיק בעזרת מחשבי-העל החזקים בעולם בזמן מחשב ארוך דיו. אנשי החברה רצו למצוא חומר טוב יותר לקתודה של הסוללות האַלקַליות שייצרה דוּרַסֶל, חטיבת הסוללות של החברה. הם שאלו אותנו שאלה מפתיעה: "האם יהיה אפשר לסרוק את כל התרכובות הידועות כדי למצוא חומר טוב יותר?" כשחשבנו על כך הבנו שהמכשולים הממשיים הם רק זמן מחשב וכסף, והם שמחו לספק לנו את שניהם. הם מימנו את הפרויקט במיליון דולר והעניקו לצוות הקטן שלנו גישה חופשית למרכז מחשוב-העל של החברה.

במהלך המיזם הזה, שכינינו בשם "פרויקט האַלקַליות", סקרנו 130,000 תרכובות, הן כאלה שקיימות בטבע והן היפותטיות, והפקנו בעבור החברה רשימה של 200 תרכובות שעמדו בקריטריונים הדרושים והן כנראה טובות הרבה יותר מן התרכובות ששימשו עד אז בסוללות. באותו זמן כבר היינו משוכנעים שתכנון חומרים בשיטות חישוביות בתפוקה גבוהה הוא העתיד של התחום.

גייסנו אנשי צוות ותקציבים נוספים, וב-2011 השקנו את שיתוף הפעולה בין המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס והמעבדה הלאומית האמריקנית לורנס ברקלי, בפרויקט שכינינו בראשיתו בשם "פרויקט הגנום של החומרים". מאז הצטרפו לפרויקט צוותים מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי, מאוניברסיטת דיוק, מאוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון, מאוניברסיטת קנטקי, מן האוניברסיטה הקתולית של לובן בבלגיה וממוסדות אחרים, וכולם תורמים את המידע שהם מפיקים למאגר המידע המרכזי, החופשי והפתוח שלנו בלורנס ברקלי.

לא עבר זמן רב עד שהשמטנו את המילה "גנום" משם הפרויקט, כדי לבדל אותו מפרויקט אחר שיזם המשרד למדיניות מדע וטכנולוגיה של הבית הלבן. ולמען האמת, התכונות של תרכובות כימיות אינן באמת "גנים", הן אינן יחידות מידע שעוברות בתורשה כרצף ייחודי של נתונים. אף על פי כן, יש קשר ישיר בין תפקוד או תכונה של חומר ובין המאפיינים הבסיסיים שלו. כשם שאפשר לקשר בין עיניים כחולות ובין גן מסוים, כך אפשר למצוא, למשל, את המקור למוליכות החשמלית של חומר מסוים בתכונות ובאופן הארגון של היסודות שמהם הוא מורכב.

קשרים כאלה הם הבסיס למדע החומרים. הנה דוגמה פשוטה: אנחנו יודעים שאפשר "לכוונן" את הצבע של מינרלים על ידי יצירת פגמים מכוונים במבנה הגבישי שלהם. קחו, למשל, את אבן האודם (רובי). מקור הגוון האדום שלה בהחלפה מקרית של יוני אלומיניום (Al+3) המצויים במינרל הנפוץ קורונדום (Al2O3) ביוני כרום (Cr3+) בשיעור של 1%. כשיוני הכרום מוחדרים לסביבה הזאת, היערכות האלקטרוניים בהם משתנה, והדבר משנה את האופן שבו המינרל בולע ומפיץ אור. ברגע שאנחנו יודעים מה מקורה המיקרוסקופי של תכונה (במקרה זה, הצבע האדום של אבן האודם), אנחנו יכולים לשנות אותה בשיטות סינתטיות. כוונון ממחושב של הפגמים הכימיים האלה מאפשר לנו לתכנן אבני אודם סינתטיות חדשות בעלות צבעים מותאמים כרצוננו.

המשוואות הקוונטיות מספקות לנו את המידע הנחוץ לביצוע התאמות כאלה: באילו יסודות להשתמש ואיך לארגן אותם. עם זאת, המשוואות מסובכות כל כך, עד שרק מחשב יכול לעבד ולפתור אותן. נניח שאנחנו רוצים לבדוק כמה מאות תרכובות כדי לגלות לאילו מהן יש תכונות מבוקשות מסוימות. נדרש כוח חישוב אדיר כדי לעבד את המשוואות האלה. עד לאחרונה, היה הדבר בלתי אפשרי, ולכן מדע החומרים התקדם עד כה בניסוי וטעייה. כעת, כשכוח המחשוב בידינו, אנחנו יכולים לנצל סוף-סוף את מלוא יכולות החיזוי של מכניקת הקוונטים.

נניח שאנחנו חוקרים חומרים תרמו-אלקטריים, שמפיקים זרם חשמלי כשהם נתונים לשינויי טמפרטורה גדולים (גם ההפך נכון: חומר תרמו-אלקטרי מסוגל לעמוד בשינויי טמפרטורה כשמעבירים בו זרם חשמלי; למשל: כשהוא נחשף לקירור מואץ). החברה המודרנית מבזבזת כמות עצומה של חום בתהליכי שְׂרֵפָה, בעיבוד תעשייתי ובקירור. אילו היו לנו חומרים תרמו-אלקטריים יעילים, זולים ויציבים היינו יכולים ללכוד את החום הזה ולהשתמש בו מחדש כחשמל. התקנים תרמו-אלקטריים יוכלו להמיר עודפי חום הנפלטים בתהליכים תעשייתיים לחשמל. חום מצינורות מפלט של מכוניות יוכל להפעיל את האלקטרוניקה של לוח המחוונים. חומרים תרמו-אלקטריים כאלה יוכלו גם לבצע קירור במצב מוצק לפי דרישה: התקנים קטנים שנוכל לארוג בבגדים שלנו יוכלו לצנן אותנו בלחיצת כפתור, בלי צורך במאווררים או במדחסים.

אחד החומרים התרמו-אלקטריים הטובים ביותר שאנו מכירים כיום הוא עופרת טֶלורית (PbTe), חומר רעיל ויקר מדי לשימוש מסחרי. דמיינו לעצמכם שאתם חוקרים המחפשים חומר תרמו-אלקטרי טוב יותר. אילו לא הייתם יכולים להיעזר בשיטות חישוביות בתפוקה גבוהה, היה עליכם להתחיל בחיפוש אחר תרכובות ידועות שיש להן, בדומה לעופרת טלורית, מקדם סיבק (Seebeck coefficient) גבוה (מדד של כמות החשמל שמתקבלת מהפרש הטמפרטורות שאליו נחשף החומר), אך שבניגוד לעופרת טלורית, אינן עשויות מיסודות נדירים, רעילים או יקרים. הייתם נאלצים להתעמק בטבלאות נתונים ולהשוות מספרים. ועם קצת מזל, הייתם מגלים כמה חומרים שהיו יכולים, בתיאוריה,להתאים למטרתכם. לאחר מכן, היה עליכם ליצור את התרכובות האלה במעבדה. אך סִנתוז של חומרים הוא עניין יקר, ממושך וקשה. בדרך כלל, כשמתחילים בעבודה, אי אפשר אפילו לדעת אם החומר החדש יהיה יציב. גם אם מתברר שהחומר החדש יציב, יש לסנתז את התרכובת ולחזור על התהליך עד לקבלת דוגמה טהורה דיה, קודם שיהיה אפשר למדוד את התכונות שלה. העבודה על כל תרכובת כזאת יכולה לארוך חודשים.

עד היום, לא הצליחו החוקרים לגלות חומרים תרמו-אלקטריים חלופיים, אך הם טרם ניסו תכנון חומרים בשיטות חישוביות בתפוקה גבוהה. המצב עומד להשתנות בקרוב. החל בשנה זו, 2014, נשתף פעולה עם חוקרים במכון הטכנולוגי של קליפורניה ובחמישה מוסדות אחרים, בחיפוש אחר חומרים תרמו-אלקטריים חדשים. בכוונתנו להתמיד בכך עד שנמצא את התרכובות שיאפשרו לנו לממש את טכנולוגיות הפלא האלה לקירור חסכוני באנרגיה.

תור הזהב של תכנון החומרים

היכולת שלנו לגשת לנתוני חומרים, לחפש בהם ולסקור אותם באופן אוטומטי עדיין בחיתוליה. מה יקרה בתחום כשהוא יתפתח? נעלה כאן כמה השערות.

יש לא מעט טכנולוגיות של אנרגיה נקייה, שרק מחכות לפיתוח של חומרים מתקדמים ישימים. תרכובות פוטו-קטליטיות [המזרזות תגובות כימיות בהשפעת אור], כגון טיטניום דו-חמצני, יכולות לשמש להמרת אור שמש ומים לחמצן ולמימן, ואלה יהיו ניתנים לעיבוד לדלקים נוזליים. חומרים פוטו-קטליטיים אחרים יכולים לשמש לאותה מטרה במשולב עם פחמן דו-חמצני. השאיפה היא ליצור "עלה מלאכותי" שיוכל להמיר את אור השמש ואת האוויר לדלק נוזלי דמוי מתאנול, שישמש להנעת מכוניות ומטוסים [ראו: להמציא את העלה מחדש, סיינטיפיק אמריקן ישראל, פברואר 2011]. חוקרים במרכז המשותף לפוטוסינתזה מלאכותית, הפועל בחסות משרד האנרגיה של ארה"ב, משתמשים בשיטות חישוביות בתפוקה גבוהה לאיתור חומרים שיעשו את הטכנולוגיה הזאת למעשית.

ומה בדבר החיפוש אחר סגסוגות מתכתיות חדשות, שמהן ייבנו המכוניות והמטוסים האלה? הפחתה של משקל הרכב ב-10% יכולה לשפר את החיסכון בדלק ב-6% עד 8%. התעשייה בארה"ב משקיעה מיליארדי דולרים מדי שנה במחקר ובפיתוח של חומרים וסגסוגות. תכנון חומרים בעזרת מחשב יוכל להכפיל פי כמה את התועלת מהשקעה זו. להתקדמות של ממש בתחום הסגסוגות החזקות, הקלות והניתנות למחזור תהיה השפעה אדירה על הכלכלה העולמית, בזכות נצילות אנרגטית משופרת בתחבורה ובבנייה.

עוד תחום שזקוק לחומרים פורצי דרך הוא המחשוב. לאחרונה פורסמו תחזיות רציניות רבות שלפיהן אנחנו קרובים לסף המיצוי של חוק מור, החוזה שכוח המחשוב יוכפל מדי שנתיים לערך. כבר זמן רב ידוע לנו שסיליקון אינו המוליך-למחצה הטוב ביותר, הוא פשוט נפוץ ומוכר. מה יוכל לפעול טוב יותר? המפתח טמון באיתור חומרים שמסוגלים לעבור במהירות בין מצבים מוליכים ומְבודדים. צוות באוניברסיטת קליפורניה שבלוס אנג'לס יצר טרנזיסטורים מהירים להפליא מגְרַפֵן, ואילו קבוצה בסטנפורד דיווחה שהיא הצליחה להפעיל מַגְנֵטיט כמתג אלקטרוני המעביר זרם חשמלי או מפסיק את מעבר הזרם בטריליונית השנייה – מהר פי כמה אלפים ממהירות הטרנזיסטורים המצויים בשימוש כיום. תכנון חומרים בשיטות חישוביות בתפוקה גבוהה יאפשר לנו לאתר את האפשרויות המתאימות לנו ביותר.

הרשימה עוד ארוכה מאוד. אנשי מחקר משתמשים בתכנון חומרים בשיטות חישוביות כדי לפתח מוליכי-על חדשים, זרזים וחומרים פולטי אור. שלושת אלה יוכלו לשנות את פני טכנולוגיית המידע, את לכידת הפחמן הדו-חמצני מן האוויר ואת הגילוי של חומרים גרעיניים.

תכנון חומרים מבוסס מחשב יוכל גם לאפשר פריצות דרך מופלאות מכדי שנוכל לדמיין. אולי נצליח להמציא דלק נוזלי חדש המבוסס על סיליקון במקום על פחמן, שיספק יותר אנרגיה משמספק בנזין ושתוצרי הלוואי שלו יהיו בלתי מזיקים לסביבה, כגון חול ומים. הרעיון הועלה כבר לפני עשרות שנים, אך עדיין איש לא הצליח למצוא נוסחה בת-ביצוע למימושו. באמצעות תכנון חומרים בשיטות חישוביות בתפוקה גבוהה נוכל, לכל הפחות, לדעת אם הדבר אפשרי, או אם עלינו למקד את המאמצים בכיוונים אחרים.

לאור ההתפתחויות האלה בתחום, אנחנו סבורים שזוהי תחילתו של תור הזהב של תכנון החומרים. כוח המחשוב האדיר העומד לרשותנו כיום מעניק לנו יכולת גבוהה יותר מאי פעם להפוך חומר גולמי לטכנולוגיות שימושיות. לנוכח האתגרים הניצבים בפנינו, בעולם הולך ומתחמם, שנעשה צפוף יותר ויותר, ככל שתור הזהב הזה יגיע מוקדם יותר, כן ייטב.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

על המחברים

גרברנד סידר (Ceder) הוא פרופסור למדע החומרים ולהנדסה במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT). סידר יזם יחד עם קריסטין פרסון את "פרויקט החומרים", המספק לקהילת המחקר נתונים שהופקו בשיטות חישוביות לגבי תכונות של חומרים.

קריסטין פרסון (Persson) היא מדענית בסגל המעבדה הלאומית האמריקנית לורנס ברקלי. את תואר הדוקטור בפיזיקה תיאורטית קיבלה במכון המלכותי לטכנולוגיה בשטוקהולם.

בקיצור

חומרים מהונדסים, כגון סיליקון בדרגת טוהר גבוהה לייצור שבבים, וזכוכית לייצור סיבים אופטיים, עומדים בבסיס ההתפתחות הטכנולוגית בעולם המודרני. עם זאת, עד עתה, תכנון של חומרים חדשים היה כרוך במידה רבה בתהליך מתסכל ובלתי יעיל של ניסוי וטעייה.

גרסאות מפושטות של משוואות קוונטיות, בשילוב עם מחשבי-על המסוגלים לבחון בעזרתן, באופן וירטואלי, אלפי חומרים, מייתרות את רוב הטעייה.

חוקרים מיישמים כיום שיטה זו, הקרויה "תכנון חומרים בשיטות חישוביות בתפוקה גבוהה", כדי לפתח סוללות חדשות, תאים סולריים, תאי דלק, שבבי מחשבים וטכנולוגיות אחרות.

עקרונות היסוד

מדוע צריך מחשבי-על?

בקווים כלליים, השיטה האדיסונית לתכנון חומרים כרוכה בבדיקה של כל דבר שאפשר להעלות על הדעת, ובהשלכה לפך של מה שאינו פועל. באמצעות תכנון חומרים בשיטות חישוביות בתפוקה גבוהה, לעומת זאת, החוקרים יכולים לאתר חומרים מועמדים במהירות באופן וירטואלי, בחוות של מחשבי-על, וכך לחסוך זמן וכסף ולמנוע תסכול. לאחר שהמחשב בודק מאות או אלפי חומרים ומפיק רשימה של כעשרת המועמדים המובילים, החוקרים מתחילים להכין במעבדה דוגמאות ממשיות של החומרים ולבדוק אותן בשיטות מעבדתיות מקובלות.

עוד בנושא

Opportunities and Challenges for First-Principles Materials Design and Applicationsto Li Battery Materials. Gerbrand Ceder in MRS Bulletin, Vol. 35, No. 1, pages 693-701; September 2010.

The Materials Project: A Materials Genome Approach to Accelerating MaterialsInnovation. Anubhav Jain et al. in APL Materials, Vol. 1, No. 1; July 2013.

הכתבה התפרסמה באישור סיינטיפיק אמריקן ישראל

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

2 תגובות

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

דילוג לתוכן