ENGINEERINGNET.BE - “Wanneer je het mechanisme achter een materiaal begrijpt, kun je nieuwe dingen ontdekken waarvan je niet wist dat ze mogelijk waren,” aldus hoogleraar Matthieu Verstraete van UUtrecht.
Verstraete speurt naar duurzamere, veiligere en goedkopere alternatieven voor bestaande materialen. “Veel materialen die worden gebruikt voor technologische snufjes, zoals batterijen en telefoons, hebben problemen met stroomgeleiding. Hierdoor gaat energie verloren in de vorm van warmte.”
“Ook zijn sommige materialen giftig, zoals lood, of worden ze gewonnen in mijnen onder omstandigheden die ecologisch en humanitair problematisch zijn.”
Goede kandidaten voor materialen die toekomst bestendiger zijn, zijn kwantummaterialen. Dit soort materialen kunnen bijvoorbeeld stroom geleiden zonder dat er energie verloren gaat, of zijn supersterk of erg magnetisch.
Veel kwantummaterialen bestaan alleen nog niet, en het productieproces ervan is duur en tijdrovend. Ook moet een nieuw materiaal worden getest in een lab, om te kijken of het überhaupt bruikbaar is voor het beoogde doel.
Verstraete weet dit kostbare en tijdrovende proces te omzeilen: hij gebruikt computersimulaties om te voorspellen welke eigenschappen nieuwe kwantummaterialen hebben.
“Op deze manier kunnen we honderden of zelfs duizenden potentiële, nog niet bestaande materialen onderzoeken en de vijf beste extrapoleren, zonder dat we miljoenen euro’s aan experimenten hoeven te besteden.”
Verstraete en zijn team gebruiken machine learning om een computerprogramma te trainen op basis van een kleine hoeveelheid kwantumberekeningen. “Dit programma kan vervolgens voorspellen hoe atomen bewegen in een gegeven materiaal. Zo wordt het proces zo’n duizend keer versneld.”
Hij hoopt op een exponentiële groei in de hoeveelheid materialen die energie kunnen opslaan en CO2 kunnen absorberen. Talloze bestaande materialen zijn misschien tot veel meer in staan dan we denken, zo vermoedt Verstraete.
Deze kwamen niet eerder aan het licht omdat de materialen nooit onder de juiste omstandigheden zijn getest, en simulatiemethoden zouden hun verborgen eigenschappen zomaar kunnen blootleggen.
