A Nvidia, em colaboração com a General Atomics, a Universidade da Califórnia em San Diego, o Laboratório Nacional de Argonne e o Centro Nacional de Pesquisa Científica de Energia (NERSC), desenvolveu um gêmeo digital de alta fidelidade de um reator de fusão para pesquisa de energia de fusão controlada por inteligência artificial. O gêmeo virtual aproximará a construção de um reator real, reduzindo custos e tempo.
Fonte da imagem: Nvidia
Apesar de décadas de esforços de cientistas em todo o mundo, um reator de fusão viável — ou um Sol artificial na Terra — permanece um sonho distante. Em condições terrestres, é impossível criar a pressão experimentada pelos átomos de hidrogênio dentro de uma estrela para que se fundam e formem um átomo de hélio. Portanto, o plasma — os núcleos de hidrogênio ionizados — precisa ser aquecido para aumentar as chances de fusão, superando a repulsão Coulombiana entre os núcleos. A temperatura do plasma em reatores de fusão precisa se aproximar ou até mesmo ultrapassar 150 milhões de graus Celsius — ou seja, 10 vezes maior que a temperatura do núcleo do Sol. Nessas condições, o plasma é extremamente instável, tornando seu confinamento uma prioridade máxima, tarefa que será abordada por inteligência artificial (IA) impulsionada por um gêmeo digital do reator.
O gêmeo digital será construído na plataforma Nvidia Omniverse usando CUDA-X. A plataforma permitirá a simulação em tempo real do comportamento do plasma, reduzindo o tempo de simulação de semanas para segundos. Para esse fim, três IAs substitutas — modelos simplificados que simulam o comportamento do plasma sob determinadas condições — também foram treinadas nos supercomputadores Polaris (no ALCF) e Perlmutter (no NERSC). Esses modelos preveem o comportamento do plasma para um controle mais preciso do reator em tempo real. Em primeiro lugar, isso ajudará a evitar erros que poderiam danificar o reator. Em segundo lugar, tais previsões ajudarão a eliminar decisões errôneas e sem futuro, reduzindo a duração dos ciclos de pesquisa.
Criado em parceria entre a Nvidia e equipes de pesquisa, o gêmeo digital do reator de fusão DIII-D recebe dados dos sensores do reator real, que são então utilizados.Para simulações usando um conjunto de modelos e IAs substitutas: EFIT para avaliação do equilíbrio do plasma, CAKE para determinação dos limites do plasma e ION ORB para cálculos da densidade do fluxo de calor iônico. Todos os dados são combinados em um único ambiente interativo, alimentado por Nvidia RTX PRO e DGX Spark. A plataforma Omniverse proporciona interação dinâmica e o CUDA-X acelera a computação. O sistema sincroniza com um reator físico, permitindo que 700 cientistas de 100 organizações realizem experimentos ousados em um ambiente virtual — sem riscos.
O resultado do projeto é uma espécie de “acelerador de fusão”, combinando física, computação e algoritmos para pesquisa em tempo real, previsão e otimização do projeto de reatores.