AI čuje kada se litijska baterija sprema zapaliti

Litij-ionske baterije su svuda oko nas. Mogu biti u vašem telefonu, laptopu, e-biciklu ili električnom automobilu.

Ove baterije su popularne jer mogu pohraniti puno energije na malom prostoru. Ta kvaliteta ih čini korisnima, ali i nosi opasnost. Ako se litij-ionska baterija pregrije ili ošteti, može se zapaliti ili čak eksplodirati. Godine 2023. vatrogasna služba New Yorka reagirala je na 268 stambenih požara izazvanih baterijama u e-biciklima , što je uzrokovalo 150 ozljeda i 18 smrtnih slučajeva. 

Ove su vatre toliko opasne jer se jako zagriju, gotovo trenutno. Baterija može emitirati mlaz plamena do 1100 C, a tu temperaturu postiže za otprilike sekundu. Ovo se dramatično razlikuje od drugih vrsta stambenih požara, koji obično počinju sporije kao tinjanje ili mali plamen. S tim požarima ima više vremena da dim dođe do alarma za dim i upozori ljude na opasnost.

Osim što se brže zagrijava, litij-ionska baterija ne proizvodi mnogo dima koji bi se mogao otkriti tijekom prvih faza kvara. U trenutku kada ograničeni dim aktivira tradicionalni dimni alarm, može biti prekasno da se spriječi širenje požara. Stoga bi bilo korisno imati način ranog otkrivanja ovih požara.

Istraživači Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju (NIST) u SAD-u, uvježbali su umjetnu inteligenciju da detektira zvuk koji se pojavljuje prije nego što će se litij-ionska baterija zapaliti.

Ovaj eksperiment, izveden na kineskom Sveučilištu za znanost i tehnologiju Xi'an, osmišljen je za snimanje zvukova koje litij-ionska baterija proizvodi prije i tijekom toplinskog bijega.

Prije nego što se litij-ionska baterija zapali, kemijska reakcija uzrokuje stvaranje unutarnjeg pritiska, a baterija počinje bubriti. Mnoge ćelije litij-ionske baterije ne mogu se proširiti jer imaju tvrdo kućište. Mnoga od ovih tvrdih kućišta sadrže sigurnosni ventil dizajniran da prekine i otpusti ovaj pritisak. Ovaj sigurnosni ventil koji se lomi je zvuk koji su znanstvenici čuli u videima. To je prepoznatljivo škljocanje i pištanje, pomalo poput zvuka otvaranja boce gaziranog soka.

Prethodne studije su primijetile da bi se zvuk mogao koristiti u sustavu ranog upozorenja. Ali postoje mnogi zvukovi na svijetu koji su slični pucanju sigurnosnog ventila pa detektor ne bi bio od velike koristi ako bi ga pokrenuo bilo kakav nasumični šum u sobi.

Stoga je istraživačima bio potreban softver koji bi mogao pouzdano prepoznati zvuk pucanja sigurnosnog ventila i ne otkriti druge zvukove. Odlučili su koristiti umjetnu inteligenciju pa su znanstvenici Wai Cheong Tam i Anthony Putorti istrenirali algoritam strojnog učenja za prepoznavanje ovog zvuka.

Da bi algoritam radio, prvo im je bilo potrebno mnogo primjera zvuka. Kroz suradnju s laboratorijem na Sveučilištu za znanost i tehnologiju Xi'an, snimili su zvuk iz 38 eksplodirajućih baterija. Zatim su podesili brzinu i visinu tih snimaka kako bi ih proširili u više od 1000 jedinstvenih audio uzoraka koje su mogli koristiti da pouče softver kako zvuči sigurnosni ventil koji se lomi.

Algoritam radi nevjerojatno dobro. Koristeći mikrofon postavljen na kameru, istraživači su otkrili zvuk pregrijane baterije u 94% slučajeva.

"Pokušao sam zbuniti algoritam koristeći razne vrste zvukova, od snimaka hodanja ljudi, zatvaranja vrata do otvaranja limenki Cole”, objasnio je Tam. "Samo je nekoliko njih pobrkalo detektor." 

Tam je predstavio rezultate svoje studije na 13. azijsko-oceanskom simpoziju o znanosti i tehnologiji požara. On i Putorti prijavili su patent i planiraju nastaviti ovu liniju istraživanja s više vrsta baterija i mikrofona. U svojim testovima primijetili su da se sigurnosni ventil pokvario oko dvije minute prije nego što je baterija katastrofalno otkazala. Također planiraju provjeriti to vrijeme upozorenja s više eksperimenata na širem rasponu baterija.

Nakon što bude u potpunosti razvijena, ova bi se tehnologija mogla koristiti za izradu nove vrste protupožarnog alarma. Ovi se alarmi mogu postaviti u domove i poslovne zgrade ili na mjesta s puno baterija poput skladišta i garaža za parkiranje električnih vozila. Napredno upozorenje koje pružaju moglo bi ljudima dati vremena da se evakuiraju.