Как машинное обучение может спасти планету от пластикового загрязнения?

Ежегодно в мире производится около 100 миллионов метрических тонн полиэтилена высокой плотности (HDPE). Для его производства требуется энергии более чем в 15 раз превышающей количество, необходимое для питания Нью-Йорка в течение года. Кроме колоссальных энергетических затрат, производство HDPE сопровождается накоплением огромного количества пластиковых отходов на свалках и в океанах.
Как машинное обучение может спасти планету от пластикового загрязнения?
Изображение носит иллюстративный характер

Исследователи-химики из Корнельского университета разработали модель машинного обучения, которая может изменить ситуацию. Их инновационный подход позволяет настраивать и улучшать материалы из HDPE, что потенциально приведет к уменьшению количества необходимого материала для различных применений и повышению качества переработанного HDPE до уровня нового материала.

Исследование под названием «Проектирование полимеров с использованием машинного обучения на основе распределения молекулярного веса» было опубликовано в Journal of the American Chemical Society. Работа стала результатом сотрудничества между Робертом ДиСтасио-младшим, доцентом химии и химической биологии, Джеффри Коутсом, профессором Тишского университета на кафедре химии и химической биологии, и Бреттом Форсом, профессором физической химии имени Фрэнка и Роберта Лафлина. Первым автором исследования выступила докторант Дженни Ху, а среди соавторов – постдокторант Захари Спэрроу, бывший постдокторант Брайан Эрнст и докторант Спенсер Маттес.

Переработка HDPE в настоящее время сталкивается с серьезными проблемами. Она обходится дороже, чем производство нового пластика. При механической переработке происходит разрушение полимерных цепей, что приводит к ухудшению свойств материала. С каждым циклом переработки качество HDPE снижается. У переработчиков есть всего около пяти центов на фунт для повышения ценности переработанного пластика. Текущее решение этой проблемы заключается в добавлении небольшого количества нового пластика к переработанному материалу.

Разработанная исследователями модель машинного обучения, названная PEPPr (PolyEthylene Property PRedictor), была обучена на библиотеке из более чем 150 образцов полиэтилена. Эти образцы были синтезированы и охарактеризованы в лабораториях Коутса и Форса. Модель фокусируется на понимании того, как распределение молекулярного веса влияет на свойства полимера.

PEPPr обладает двумя ключевыми возможностями. Во-первых, она может предсказывать свойства материала, такие как вязкость расплава, прочность и жесткость, если известно распределение молекулярного веса. Во-вторых, модель способна определить, какой образец полимера будет обладать конкретными целевыми свойствами.

«Наша модель машинного обучения может помочь производителям создавать полиэтилен с точно настроенными свойствами, используя меньше материала и энергии», – отмечает Роберт ДиСтасио. «Это не только экономически выгодно, но и значительно снижает воздействие на окружающую среду».

Джеффри Коутс добавляет: «Особенно перспективно применение PEPPr для улучшения качества переработанного пластика. Мы можем прогнозировать, какие добавки и в каком количестве необходимы, чтобы вторичный HDPE по своим характеристикам не уступал первичному».

В будущем исследователи планируют расширить спектр свойств, которые может предсказывать модель, добавить методы обработки в модель, распространить модель на другие классы полимеров и разработать аналогичные модели для других коммерческих полимеров. Такой подход может революционизировать индустрию производства и переработки пластика, сделав ее более устойчивой и экологически безопасной.


Новое на сайте

20065[b]СПКЯ стало СПМЯ: почему переименование болезни, затрагивающей миллионы женщин, заняло... 20064[b]Почему великая пирамида Гизы пережила все землетрясения за 4500 лет[/b] 20063[b]Генетика Homo erectus: что зубная эмаль рассказала о наших предках[/b] 20062[b]Кости в бухте эребус: что кости моряков Франклина рассказывают спустя полтора века[/b] 20061[b]Крупнейший плавучий ветрогенератор в мире: Китай испытывает установку у берегов... 20060[b]Карие глаза младенца стали индиго после лечения от COVID-19[/b] 20058[b]Почему серебряная чаша с Афиной пролежала в немецком лесу две тысячи лет?[/b] 20057[b]Дыра в атмосфере солнца: вспышка достигла пика и может зажечь полярное сияние[/b] 20056[b]Динго возрастом 950 лет: кто и зачем кормил могилу животного сотни лет?[/b] 20055[b]Томоэ гозэн: женщина-самурай, которая существовала на самом деле[/b] 20054[b]Что видели астронавты «Аполлона-12» над лунным горизонтом?[/b] 20053[b]Восковой блокнот на латыни и шёлковая туалетная бумага: кто посещал средневековый... 20052[b]Хантавирус на борту: 41 человек под наблюдением после рейса MV Hondius[/b] 20051[b]Зелёные камни в пещере Пиренеев: четыре тысячи лет медной металлургии[/b]
Ссылка