Simbiosis yang Terus Berkembang antara Fusi Nuklir dan Kecerdasan Buatan
Nuclear fusion and AI: an evolving, symbiotic relationship https://dailyai.com/2024/02/nuclear-fusion-and-ai-an-evolving-symbiotic-relationship/

Keterangan Gambar : Simbiosis yang Terus

Di Pusat Andlinger Universitas Princeton, sebuah tim lintas disiplin yang terdiri dari insinyur, fisikawan, dan ilmuwan data, bekerja sama dengan Laboratorium Fisika Plasma Princeton (PPPL), telah menggunakan kecerdasan buatan (AI) untuk mengatasi ketidakstabilan plasma dalam fusi nuklir.

Energi fusi, yang mencerminkan proses pembangkitan energi Matahari, menggunakan tekanan dan panas besar untuk menyatukan atom, melepaskan energi dalam jumlah besar. Untuk mereplikasi ini di Bumi, plasma ultra-panas dikonfinasikan dengan medan magnet yang kuat dalam reaktor tokamak - perangkat kompleks yang sering disebut sebagai 'bintang dalam botol'. Namun, dalam batasan reaktor fusi, plasma terkenal tidak stabil, berpotensi mengganggu dan melanggar penghalang magnetik yang dirancang untuk menahannya.

Dalam eksperimen yang dilakukan di Fasilitas Fusi Nasional DIII-D di San Diego, sebuah tim peneliti memamerkan model AI yang, hanya mengandalkan data eksperimental historis, dapat memprediksi awal 'ketidakstabilan mode robekan' - jenis tertentu dari gangguan plasma - hingga 300 milidetik sebelumnya. Para peneliti menggunakan jaringan saraf tiruan yang dalam yang dilatih pada data tokamak DIII-D masa lalu untuk memprediksi ketidakstabilan masa depan berdasarkan karakteristik plasma waktu nyata.

Model ini kemudian memberi informasi kepada algoritma pembelajaran penguatan (RL), yang secara iteratif menyempurnakan strategi kontrolnya melalui eksperimen simulasi, belajar untuk mempertahankan tingkat daya tinggi sambil menghindari ketidakstabilan. Temuan tim ini dipublikasikan dalam sebuah studi di jurnal Nature.

Setelah memvalidasi kinerja simulasi pengendali AI, tim melanjutkan ke uji coba dunia nyata di tokamak DIII-D, di mana mereka mengamati AI berhasil memanipulasi parameter reaktor untuk mengurangi ketidakstabilan. Kemampuan antisipasi singkat namun kritis dari pengendali AI memungkinkannya untuk menyesuaikan parameter operasional secara waktu nyata, mencegah ketidakstabilan, dan menjaga keseimbangan plasma dalam medan magnet reaktor.

Profesor Egemen Kolemen, yang memimpin penelitian ini, menjelaskan pendekatan timnya, menyatakan, "Dengan belajar dari eksperimen masa lalu, daripada menggabungkan informasi dari model berbasis fisika, AI dapat mengembangkan kebijakan kontrol akhir yang mendukung rezim plasma stabil dan bertenaga tinggi secara waktu nyata, di reaktor nyata."

Jaemin Seo, dari Departemen Teknik Mesin dan Dirgantara, membahas betapa prediksi yang akurat dan cepat menjadi kunci utama dari studi ini, mencatat, "Studi sebelumnya umumnya fokus pada menekan atau mengurangi efek ketidakstabilan robekan ini setelah terjadi dalam plasma. Namun, pendekatan kami memungkinkan kami untuk memprediksi dan menghindari ketidakstabilan tersebut sebelum mereka muncul."

"Ketidakstabilan mode robekan adalah salah satu penyebab utama gangguan plasma, dan mereka akan menjadi lebih menonjol saat kita mencoba menjalankan reaksi fusi pada daya tinggi yang diperlukan untuk menghasilkan energi yang cukup," jelas Seo.

Melihat ke depan, para peneliti berencana untuk mengumpulkan lebih banyak bukti kinerja pengendali AI dan memperluas kemampuannya ke tokamak lain dan ketidakstabilan plasma.

Penelitian ini menandakan langkah yang menjanjikan menuju mewujudkan energi fusi terkendali, yang berpotensi membuka masa depan dengan energi bersih tanpa batas. Melalui fusi kecerdasan buatan dan fisika plasma, tim di Princeton sedang merintis jalan untuk mengatasi salah satu tantangan terbesar dalam bidang ini, dengan janji akan lebih banyak penemuan yang akan datang.

Menyambung Jurang Energi AI dengan Fusi Nuklir

Studi Princeton menunjukkan bagaimana AI dapat mendukung fusi, namun fusi juga dapat mendukung AI.

Dalam banyak hal, AI memiliki hubungan simbiotik namun rapuh dengan energi. Bukti menunjukkan bahwa pertumbuhan eksponensial AI menyebabkan konsumsi energi yang mengagumkan yang sudah menyaingi konsumsi negara-negara kecil.

Inti dari dilema ini terletak pada infrastruktur dasar AI - pusat data. Instalasi digital besar ini terkenal karena tuntutan energi dan airnya yang kolosal.

Badan Energi Internasional (IEA) baru-baru ini menyoroti jejak besar pusat data, yang sudah mengonsumsi lebih dari 1,3% dari listrik dunia.

Proyeksi oleh Boston Consulting Group dan Uni Eropa menggambarkan gambaran suram, dengan tuntutan energi pusat data yang berpotensi melipatgandakan atau bahkan tiga kali lipat dalam beberapa tahun mendatang, memperburuk tantangan energi.

Sebagai tanggapan, Big Tech memperkuat infrastruktur energinya setiap hari sambil mempertimbangkan energi nuklir, termasuk fusi.

Microsoft baru-baru ini membuka lowongan pekerjaan untuk "Manajer Program Utama Teknologi Nuklir" dan bertujuan untuk mengembangkan strategi global yang berpusat pada Reaktor Modular Kecil (SMR) dan mikro-reaktor, menunjukkan kesadaran perusahaan terhadap masalah energi yang mengintai AI.

Hal ini juga berlaku untuk fusi. Helion Energy, yang didukung oleh Sam Altman dari OpenAI, mengumumkan niatnya untuk meluncurkan pembangkit listrik tenaga fusi pertama di dunia dalam lima tahun.

Jika Helion berhasil, ini bukan hanya cara potensial untuk keluar dari krisis iklim tetapi juga jalan menuju kualitas hidup yang jauh lebih tinggi.

— Sam Altman (@sama) 5 November 2021

Seperti yang dijelaskan dalam studi Princeton, reaksi fusi sangat kompleks untuk dikendalikan dan tidak dapat diprediksi. Namun, tantangan utama lainnya adalah mencapai "keuntungan energi bersih," yang berarti proses fusi menghasilkan lebih banyak energi daripada yang dikonsumsi.

Helion menghadapi tantangan teknis yang besar. Jessica Lovering dari Good Energy Collective menyoroti dua hambatan utama: "menghasilkan lebih banyak energi daripada yang digunakan oleh proses - dan mengonversi energi tersebut menjadi bentuk listrik yang konsisten dan terjangkau yang dapat mengalir ke jaringan."

Hingga saat ini, hanya Fasilitas Pembakaran Nasional Lawrence Livermore yang telah mencapai "keuntungan energi bersih ilmiah" dengan fusi, namun belum "keuntungan teknik," yang mempertimbangkan total energi masukan untuk proses tersebut. Mencapai keuntungan teknik sangat penting untuk aplikasi praktis energi fusi.

David Kirtley, CEO Helion, sebelumnya telah menyatakan keyakinannya dalam mencapai "keuntungan ilmiah" dalam tiga tahun, namun perusahaan tersebut tetap bungkam apakah tonggak sejarah ini telah tercapai.

Helion terus maju, mengembangkan prototipe ketujuhnya, Polaris, yang diharapkan akan menunjukkan produksi listrik dari reaksi fusi pada tahun 2024.

Berdasarkan di Everett, Washington, Helion telah mengamankan Microsoft sebagai pelanggan pertamanya melalui perjanjian pembelian listrik. Mereka bertujuan untuk pembangkit fusi pertama mereka memiliki kapasitas setidaknya 50 megawatt (mW).

Ini sangat kecil dalam hal kapasitas mentah, dengan rata-rata turbin angin menghasilkan sekitar 3mW - sehingga setara dengan ladang angin kecil. Namun, setelah beroperasi, pembangkit fusi dapat menciptakan energi bersih seperti bentuk energi terbarukan lainnya dengan jauh lebih aman daripada pembangkit fisi dan pada akhirnya akan menjadi lebih murah untuk diproduksi secara massal.

Namun, hambatan regulasi mengintai karena Komisi Regulasi Nuklir AS masih menyelesaikan bagaimana mereka akan mengawasi proyek energi fusi.

Saat ranah digital dan fisik semakin terkait, tuntutan energi AI dan komputasi awan akan terus meningkat. Mengejar fusi nuklir menawarkan gambaran masa depan di mana energi bersih dan berlimpah menggerakkan perkembangan AI yang tak terelakkan.

Dan melihat bahwa Microsoft, Altman, dan perusahaan teknologi lainnya sudah menyiapkan diri sebagai investor dan pembeli, kemungkinan besar perusahaan teknologi yang akan pertama kali mendapatkan akses ke energi fusi.