ভাবুন তো, আপনার জন্মদিনে একজন জ্যোতিষী আপনার বাবা-মাকে বলে দিচ্ছেন আপনি কতদিন বাঁচবেন। ব্যাটারি রসায়নবিদদের জন্যও একই ধরনের অভিজ্ঞতা সম্ভব, যারা নতুন কম্পিউটেশনাল মডেল ব্যবহার করে পরীক্ষামূলক তথ্যের মাত্র একটি চক্রের উপর ভিত্তি করে ব্যাটারির আয়ুষ্কাল গণনা করছেন।

একটি নতুন গবেষণায়, মার্কিন শক্তি বিভাগের (ডিওই) আর্গন ন্যাশনাল ল্যাবরেটরির গবেষকরা বিভিন্ন ধরনের ব্যাটারি কেমিস্ট্রির আয়ুষ্কাল ভবিষ্যদ্বাণী করতে মেশিন লার্নিংয়ের সাহায্য নিয়েছেন। ছয়টি ভিন্ন ব্যাটারি কেমিস্ট্রির প্রতিনিধিত্বকারী ৩০০টি ব্যাটারির একটি সেট থেকে আর্গনে সংগৃহীত পরীক্ষামূলক ডেটা ব্যবহার করে, বিজ্ঞানীরা নির্ভুলভাবে নির্ধারণ করতে পারেন যে বিভিন্ন ব্যাটারি ঠিক কতদিন ধরে সক্রিয় থাকবে।

আর্গনের গবেষকরা বিভিন্ন ধরনের রাসায়নিক গঠনের ব্যাটারির কার্যকাল সম্পর্কে পূর্বাভাস দিতে মেশিন লার্নিং মডেল ব্যবহার করেছেন। (ছবি: শাটারস্টক/সিলস্টেপ।)

মেশিন লার্নিং অ্যালগরিদমে, বিজ্ঞানীরা একটি কম্পিউটার প্রোগ্রামকে প্রাথমিক এক সেট ডেটার উপর ভিত্তি করে অনুমান করার জন্য প্রশিক্ষণ দেন এবং তারপর সেই প্রশিক্ষণ থেকে যা শিখেছে, তা ব্যবহার করে অন্য এক সেট ডেটার উপর সিদ্ধান্ত গ্রহণ করেন।

“সেল ফোন থেকে শুরু করে বৈদ্যুতিক যানবাহন এবং গ্রিড স্টোরেজ পর্যন্ত, ব্যাটারির প্রতিটি ভিন্ন ধরনের ব্যবহারের ক্ষেত্রে প্রত্যেক গ্রাহকের জন্য ব্যাটারির আয়ুষ্কাল অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ,” বলেছেন এই গবেষণার অন্যতম লেখক, আর্গনের কম্পিউটেশনাল বিজ্ঞানী নোয়া পলসন। “একটি ব্যাটারিকে অকেজো হওয়া পর্যন্ত হাজার হাজার বার চালু-বন্ধ করতে বছরের পর বছর সময় লাগতে পারে; আমাদের পদ্ধতিটি এক ধরনের কম্পিউটেশনাল পরীক্ষাগার তৈরি করে, যেখানে আমরা দ্রুত নির্ধারণ করতে পারি যে বিভিন্ন ধরনের ব্যাটারি কেমন কাজ করবে।”

“বর্তমানে, একটি ব্যাটারির ধারণক্ষমতা কীভাবে হ্রাস পায় তা মূল্যায়ন করার একমাত্র উপায় হলো ব্যাটারিটিকে প্রকৃতপক্ষে সাইকেল করা,” যোগ করেন আর্গনের তড়িৎ-রসায়নবিদ সুসান “সু” বাবিনেক, যিনি এই গবেষণার আরেকজন লেখক। “এটি অত্যন্ত ব্যয়বহুল এবং এতে অনেক সময় লাগে।”

পলসনের মতে, ব্যাটারির আয়ুষ্কাল নির্ধারণ করার প্রক্রিয়াটি বেশ জটিল হতে পারে। তিনি বলেন, “বাস্তবতা হলো, ব্যাটারি চিরকাল টেকে না এবং এটি কতদিন টিকবে তা নির্ভর করে আমরা কীভাবে এটি ব্যবহার করি, সেইসাথে এর নকশা এবং রাসায়নিক গঠনের ওপর।” তিনি আরও বলেন, “এখন পর্যন্ত, একটি ব্যাটারি কতদিন টিকবে তা জানার মতো কোনো ভালো উপায় ছিল না। মানুষ জানতে চাইবে যে, একটি নতুন ব্যাটারির জন্য টাকা খরচ করার আগে তাদের হাতে আর কতদিন সময় আছে।”

গবেষণাটির একটি অনন্য দিক হলো, এটি আর্গনে বিভিন্ন ধরনের ব্যাটারি ক্যাথোড উপাদানের ওপর করা ব্যাপক পরীক্ষামূলক কাজের ওপর নির্ভর করেছিল, বিশেষ করে আর্গনের পেটেন্টকৃত নিকেল-ম্যাঙ্গানিজ-কোবাল্ট (NMC)-ভিত্তিক ক্যাথোডের ওপর। পলসন বলেন, “আমাদের কাছে ভিন্ন ভিন্ন রাসায়নিক গঠনের ব্যাটারি ছিল, যেগুলোর কার্যক্ষমতা হ্রাস ও বিকল হওয়ার পদ্ধতিও ভিন্ন। এই গবেষণার গুরুত্ব হলো, এটি আমাদের এমন কিছু সংকেত দিয়েছে যা থেকে বোঝা যায় বিভিন্ন ধরনের ব্যাটারি কীভাবে কাজ করে।”

পলসন বলেন, এই ক্ষেত্রে আরও গবেষণা লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ভবিষ্যৎ নির্ধারণে পথ দেখাতে পারে। তিনি বলেন, “আমরা যা করতে পারি তার মধ্যে একটি হলো, একটি পরিচিত রসায়নের ওপর অ্যালগরিদমকে প্রশিক্ষণ দিয়ে একটি অপরিচিত রসায়নের ওপর পূর্বাভাস তৈরি করা।” “মূলত, এই অ্যালগরিদম আমাদের এমন নতুন ও উন্নত রসায়নের দিকে নির্দেশ করতে সাহায্য করতে পারে যা দীর্ঘস্থায়ী হবে।”

এইভাবে, পলসন বিশ্বাস করেন যে মেশিন লার্নিং অ্যালগরিদম ব্যাটারির উপাদানের উন্নয়ন এবং পরীক্ষাকে ত্বরান্বিত করতে পারে। “ধরুন আপনার কাছে একটি নতুন উপাদান আছে, এবং আপনি এটিকে কয়েকবার ব্যবহার করলেন। আপনি আমাদের অ্যালগরিদম ব্যবহার করে এর স্থায়িত্ব সম্পর্কে ভবিষ্যদ্বাণী করতে পারবেন, এবং তারপর সিদ্ধান্ত নিতে পারবেন যে আপনি পরীক্ষামূলকভাবে এটিকে ব্যবহার করা চালিয়ে যাবেন কি না।”

“আপনি যদি গবেষণাগারের একজন গবেষক হন, তাহলে আপনি অল্প সময়ে আরও অনেক বেশি উপাদান আবিষ্কার ও পরীক্ষা করতে পারেন, কারণ আপনার কাছে সেগুলো মূল্যায়ন করার একটি দ্রুততর উপায় থাকে,” বাবিনেক যোগ করেন।

গবেষণাটির উপর ভিত্তি করে একটি গবেষণাপত্র, “মেশিন লার্নিংয়ের জন্য ফিচার ইঞ্জিনিয়ারিং ব্যাটারির আয়ুষ্কাল সম্পর্কে আগাম পূর্বাভাস সক্ষম করেছে।,” জার্নাল অফ পাওয়ার সোর্সেস-এর ২৫শে ফেব্রুয়ারির অনলাইন সংস্করণে প্রকাশিত হয়েছে।

পলসন ও বাবিনেক ছাড়াও গবেষণাপত্রটির অন্যান্য লেখকদের মধ্যে রয়েছেন আর্গনের জোসেফ কুবাল, লোগান ওয়ার্ড, সৌরভ সাক্সেনা এবং ওয়েনকুয়ান লু।

গবেষণাটি আর্গন ল্যাবরেটরি-ডিরেক্টেড রিসার্চ অ্যান্ড ডেভেলপমেন্ট (LDRD) অনুদান দ্বারা অর্থায়ন করা হয়েছিল।