O Departamento de Energia dos EUA (DoE) anunciou novo financiamento para um projeto liderado por pesquisadores do Plasma Science and Fusion Center (PSFC) do MIT e quatro instituições parceiras como parte de uma estratégia para acelerar a chegada da energia de fusão e alcançar a neutralidade de carbono até 2050.

O novo trabalho realizado por Cristina Rea do MIT e seus co-pesquisadores visa acelerar o progresso na ciência da fusão e tornar a energia de fusão uma realidade o mais rápido possível. Fonte da imagem: AnaKova/EUA Departamento de divulgação de fusão

À medida que os efeitos das alterações climáticas continuam a crescer, também aumenta o interesse no potencial da fusão nuclear como fonte de energia limpa. Embora as reações de fusão tenham sido estudadas em laboratórios desde a década de 1930, há muitas questões-chave que os cientistas devem responder antes que a geração de energia por fusão se torne uma realidade, e o tempo é essencial.

Melhorar as capacidades de investigação através de dados e inteligência artificial

Cristina Rea, cientista pesquisadora e líder de grupo do Centro de Ciência e Fusão de Plasma, atuará como investigadora principal em um projeto colaborativo de três anos recém-financiado para testar a integração de dados de fusão em um sistema que pode ser lido por ferramentas de inteligência artificial. O PSFC, juntamente com cientistas do College of William and Mary, da Universidade de Wisconsin-Madison, da Auburn University e do grupo sem fins lucrativos HDF, planeia criar uma plataforma holística de dados convergentes, cujos elementos poderiam proporcionar um acesso sem precedentes aos investigadores, especialmente aos estudantes sub-representados. O projeto visa incentivar diversos grupos académicos e profissionais a envolverem-se na convergência e na ciência de dados através de um programa de divulgação liderado pelos co-investigadores do grupo, quatro em cada cinco dos quais são mulheres.

Cristina Rea (à direita) é a investigadora principal de um novo projeto financiado pelo Departamento de Energia dos EUA que procurará modernizar dados de dispositivos de fusão, como o tokamak C-Mod da Alcatel (fundo) para aproveitar o poder da inteligência artificial. Danas Ridikas, chefe do departamento de física da Agência Internacional de Energia Atômica, escreveu uma carta de apoio à proposta de Rhea. Crédito da foto: EarlMarmar

O prêmio DOE, parte de um pacote de financiamento de US$ 29 milhões para sete projetos em 19 agências, apoiará a distribuição pelo grupo de dados gerados por dispositivos de fusão, como o Alcator C-Mod do PSFC, um "tokamak" em forma de donut que usa ímãs poderosos para controlar e confinar reações de fusão. O Alcator C-Mod funcionou de 1991 a 2016 e os seus dados ainda estão a ser estudados, em parte graças ao compromisso do PSFC com a livre troca de conhecimentos.

Enfrentando desafios de aquisição de dados

Atualmente, existem cerca de 50 dispositivos experimentais públicos de fusão por confinamento magnético; no entanto, é difícil obter dados históricos e atuais destes dispositivos. Alguns bancos de dados de fusão exigem um contrato de usuário assinado e nem todos os dados são catalogados e organizados da mesma maneira. Além disso, é difícil usar o aprendizado de máquina (um tipo de ferramenta de inteligência artificial) para analisar dados e alcançar descobertas científicas sem uma reorganização demorada dos dados. Como resultado, menos cientistas estão a trabalhar na investigação de convergência, as barreiras à descoberta aumentaram e são encontrados estrangulamentos na utilização da IA ​​para acelerar o progresso.

A plataforma de dados proposta pelo projeto aborda as barreiras técnicas para uma maior transparência e inclusão na ciência através das recomendações FAIR (Findable, Interoperable, Accessible, Reusable) e da Ciência Aberta (OS) da UNESCO; conforme exigido pelo Ministério da Educação, todos os resultados dos investigadores irão aderir aos princípios FAIR e OS.

O banco de dados da plataforma será construído usando MDSplusML, uma versão atualizada do software de código aberto MDSplus desenvolvido por pesquisadores do PSFC na década de 1980 para catalogar resultados experimentais do Alcator C-Mod. Hoje, quase 40 instituições de pesquisa em fusão usam o MDSplus para armazenar e fornecer dados de fusão ao mundo exterior. O lançamento do MDSplusML visa continuar esta tradição de colaboração aberta.

Promover a diversidade e a inclusão na investigação sobre fusão

Os investigadores pretendem abordar as barreiras à participação de mulheres e grupos sub-representados na investigação, não só melhorando o acesso geral aos dados de fusão, mas também através de uma escola de verão subsidiada que será realizada na William & Mary durante os próximos três anos e se concentrará em tópicos na intersecção da fusão e da aprendizagem automática.

Quanto à importância da sua investigação, Rhea disse: "Este projecto visa colmatar uma necessidade no campo da fusão e estabelecer as bases para o nosso sucesso. O progresso científico no campo da fusão é alcançado através da colaboração multidisciplinar e da fertilização cruzada, pelo que a acessibilidade é uma necessidade absoluta. Penso que todos compreendemos agora que diversas comunidades têm ideias mais diversas e são capazes de resolver problemas mais rapidamente".

O trabalho do projeto colaborativo também é consistente com importantes áreas de pesquisa identificadas pelo Programa de Pesquisa Coordenada (CRP) "Inteligência Artificial de Fusão" da Agência Internacional de Energia Atômica. Rea foi selecionado como coordenador técnico do CRP da Agência Internacional de Energia Atômica, que enfatiza o envolvimento da comunidade e a aquisição de conhecimento para acelerar a pesquisa e o desenvolvimento em fusão nuclear. Numa carta de apoio ao projecto proposto pela equipa, a AIEA observou: "O trabalho que [os investigadores] realizarão [...] beneficiará não só o nosso CRP, mas também a comunidade internacional de fusão como um todo."

Dennis Whyte, diretor do PSFC e professor de engenharia na Hitachi America, acrescentou: “Estou satisfeito em ver o PSFC e nossos colaboradores na vanguarda da aplicação de novas ferramentas de inteligência artificial, ao mesmo tempo que incentivamos e possibilitamos a extração de dados críticos de nossos experimentos”.

“Ter a oportunidade de liderar um projeto tão importante é profundo e sinto a responsabilidade de demonstrar que as mulheres são líderes nas áreas STEM”, disse Rhea. “Temos uma equipe incrível de pessoas profundamente motivadas para melhorar nosso ecossistema de fusão e contribuir para a realização da energia de fusão.”