เครื่องกรองน้ำ

ระบบกรองตั้งแต่แบบต่อกับก๊อกน้ำไปจนถึงระบบอุตสาหกรรมขนาดห้อง ทำให้น้ำสะอาดสำหรับดื่มและใช้งานอื่นๆ อย่างไรก็ตาม แผ่นกรองในปัจจุบันมีปัญหาหากน้ำสกปรกมากหรือมีโมเลกุลขนาดเล็กที่เป็นกลาง เช่น กรดบอริก ซึ่งเป็นยาฆ่าแมลงทั่วไปที่ใช้กับพืช ทั้งนี้เนื่องจากโดยทั่วไปแล้ววัสดุสังเคราะห์ที่มีรูพรุนจะถูกจำกัดให้คัดแยกสารประกอบตามขนาดหรือประจุไฟฟ้า แต่เยื่อชีวภาพมีรูพรุนที่ทำจากโปรตีน เช่น อะควาพอริน ที่สามารถแยกน้ำออกจากโมเลกุลอื่นๆ ด้วยทั้งขนาดและประจุ เนื่องจากกลุ่มการทำงานหรือกลุ่มอะตอมประเภทต่างๆ M. Scott Shell และเพื่อนร่วมงานได้รับแรงบันดาลใจให้ทำเช่นเดียวกันกับวัสดุสังเคราะห์ที่มีรูพรุน ต้องการใช้คอมพิวเตอร์ในการออกแบบรูพรุนของท่อนาโนคาร์บอนด้านในเพื่อกรองน้ำที่มีกรดบอริก เครื่องกรองน้ำ นักวิจัยได้จำลองช่องท่อนาโนคาร์บอนที่มีกลุ่มไฮดรอกซิล (ที่ดึงดูดน้ำ) และ/หรือเมทิล (ที่ไล่น้ำ) ซึ่งผูกไว้กับแต่ละอะตอมที่ผนังด้านใน จากนั้นจึงออกแบบและทดสอบรูปแบบกลุ่มการทำงานหลายพันรายการด้วยอัลกอริธึมการปรับให้เหมาะสมและการเรียนรู้ของเครื่อง ซึ่งเป็น AI ประเภทหนึ่ง เพื่อประเมินว่าน้ำและกรดบอริกจะเคลื่อนที่ผ่านรูขุมขนได้เร็วเพียงใด นี่คือสิ่งที่พวกเขาพบ: รูปแบบที่เหมาะสมที่สุดคือกลุ่มไฮดรอกซิลหนึ่งหรือสองแถวประกบระหว่างกลุ่มเมทิล ก่อตัวเป็นวงแหวนรอบส่วนกลางของรูพรุน ในการจำลองเหล่านี้ น้ำไหลผ่านรูพรุนได้เร็วกว่ากรดบอริกเกือบสองเท่า การจำลองอีกชุดหนึ่งแสดงให้เห็นว่าตัวถูกละลายที่เป็นกลางอื่นๆ เช่น ฟีนอล เบนซีน และไอโซโพรพานอล สามารถแยกออกจากน้ำได้ด้วยการออกแบบท่อนาโนคาร์บอนที่เหมาะสมที่สุด การศึกษานี้แสดงให้เห็นถึงประโยชน์ของ AI ในการพัฒนาเยื่อกรองน้ำที่มีคุณสมบัติใหม่ นักวิจัยกล่าว และอาจเป็นพื้นฐานของระบบกรองชนิดใหม่ พวกเขาเสริมว่าแนวทางนี้สามารถนำไปปรับใช้กับการออกแบบพื้นผิวที่อาจมีปฏิกิริยาเฉพาะกับน้ำหรือโมเลกุลอื่นๆ เช่น การเคลือบผิวที่ต้านทานการเปรอะเปื้อน ผู้เขียนรับทราบเงินทุนสนับสนุนจากกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา (ผ่าน Center for Materials for Water and Energy Systems (M-WET) ซึ่งเป็นศูนย์วิจัย Energy Frontier) โดยได้รับการสนับสนุนเพิ่มเติมจาก US National Science Foundation, California NanoSystems Institute, the Materials ศูนย์วิทยาศาสตร์การวิจัยและวิศวกรรมศาสตร์และสมาคมวิจัยบัณฑิตมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ