Esta não é a primeira vez que falamos convosco sobre a aliança entre a fusão nuclear e a inteligência artificial (IA). Em janeiro de 2022 contamos que uma equipe de pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology (MIT), nos EUA, havia desenvolvido um modelo de turbulência usando algoritmos de aprendizagem profunda. Graças a esta estratégia puderam testar o seu modelo e avaliar a sua capacidade preditiva de forma muito eficaz.
Seu plano na época era usar essa tecnologia para entender com a maior precisão possível como o plasma se comporta dentro da câmara de vácuo do reator de fusão nuclear. O plasma nada mais é do que o gás extremamente quente que contém os núcleos de deutério e trítio envolvidos na reação de fusão, e compreender sua dinâmica é essencial para que a energia de fusão comercial se concretize.
De qualquer forma, desta vez é F4E (Fusão para Energia), a organização da União Europeia que coordena a contribuição da Europa para o desenvolvimento do ITER (Reator Experimental Termonuclear Internacional), que nos fala sobre o papel que a inteligência artificial tem na o desenvolvimento da energia de fusão. Vários especialistas da F4E, alguns deles espanhóis, como María Ortiz de Zúñiga ou Cristian Casanova, trabalharam durante mais de dois anos no domínio da IA para identificar o que esta pode contribuir para a engenharia nuclear. E sim, já está fazendo a diferença.
A IA já tem um impacto muito profundo na montagem da câmara de vácuo do ITER
A câmara de vácuo é o verdadeiro coração deste reator de fusão nuclear. Este invólucro de 8.000 toneladas é feito de aço inoxidável, embora sua composição também contenha uma pequena quantidade de boro (cerca de 2%). No seu interior ocorre a fusão dos núcleos de deutério e trítio, portanto uma de suas funções mais importantes é atuar como a primeira barreira de contenção da radiação residual que pode não ser retida pelo manto (cobertor).
A câmara de vácuo é hermeticamente selada e seu interior preserva o alto vácuo necessário para que ocorra a fusão dos núcleos plasmáticos.
A câmara de vácuo é hermeticamente selada e seu interior preserva o alto vácuo necessário para que ocorra a fusão dos núcleos plasmáticos. A sua forma toroidal contribui para a estabilização do gás, de modo que os núcleos giram em alta velocidade ao redor do buraco central da câmara, mas sem tocar nas paredes do touro em nenhum momento. Por outro lado, a temperatura a que esta câmara está sujeita é muito elevada, pelo que é necessário introduzir água circulante num compartimento alojado entre as suas paredes internas e externas para a arrefecer e evitar que atinja o seu limite máximo de temperatura.
Já sabemos como é a câmara de vácuo do ITER e qual a sua função, mas há algo que ainda não investigámos: quais os desafios que a sua montagem coloca. A enorme dimensão deste componente essencial do reator de fusão nuclear tornou necessária a sua fragmentação em nove sectores. A Europa é responsável pela fabricação de cinco deles e a Coreia do Sul é responsável pelos quatro restantes. Depois de terem sido meticulosamente fabricados no seu país de origem com tolerâncias extraordinariamente exigentes, devem ser enviados para Cadarache (França), sede do ITER, para serem montados.
O objetivo deste projeto é que finalmente os nove setores que compõem a câmara de vácuo se comportem do ponto de vista estrutural como uma peça única, uma vez concluída a montagem. E para conseguir isso, o processo de soldagem em cada setor tem necessariamente que ser extraordinariamente meticuloso porque estão envolvidos tolerâncias locais tão baixas quanto 0,1%. Além disso, a câmara de vácuo tem um formato bastante complicado e, para enrolar os cachos, utiliza folhas com espessuras de até 60 mm.
As tolerâncias do ITER são muito exigentes, pelo que é necessário corrigir qualquer soldadura minimamente defeituosa.
Toda esta série de dificuldades fez com que os técnicos do ITER confiassem à empresa espanhola ENSA (Equipos Nucleares, SA) o desenvolvimento de uma tecnologia de soldadura robótica muito avançada que lhes permite realizar a soldadura dos setores das câmaras de vácuo com garantias. Além disso, os segmentos que compõem cada um dos setores estão sendo soldados com uma técnica muito avançada conhecida como soldagem por feixe de elétrons (soldagem por feixe de elétrons).
E finalmente chegamos ao papel da inteligência artificial neste projeto. Apesar das sofisticadas técnicas de soldagem utilizadas na fabricação dos setores e na montagem da câmara de vácuo, podem ocorrer erros. A maior parte deles são minúsculos, quase indetectáveis, mas, como vimos, as tolerâncias do ITER são muito exigentes, pelo que é necessário corrija quaisquer soldas minimamente defeituosas. Para enfrentar este desafio, María Ortiz de Zúñiga e Cristian Casanova decidiram lançar um projeto piloto que propunha o uso de IA para prever quais soldas em andamento apresentariam defeito.
Para treinar seu modelo de IA, eles decidiram utilizar os dados coletados anteriormente durante a execução de 2.662 soldas sem defeitos e outras 266 soldas com defeitos. O mais chocante, e isso é realmente incrível, é que o modelo de IA foi capaz de prever com 100% de precisão quantas das 100 soldas que estavam sendo realizadas naquele momento teriam defeito e quantas iriam cumprir escrupulosamente as especificações e tolerâncias predefinidas pelos responsáveis do ITER.
Como podemos imaginar, ter essas informações com antecedência é fundamental para que a execução final de todas as soldas seja ideal. A F4E está trabalhando novas aplicações de IA durante o desenvolvimento do ITER, mas, como acabámos de ver, esta tecnologia já está a fazer a diferença.
Imagem da capa | F4E
Mais informações | F4E
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