Una nueva iniciativa informática liderada por Estados Unidos tiene como objetivo eliminar uno de los mayores obstáculos para el progreso en la investigación de la energía de fusión: la enorme cantidad de tiempo y potencia computacional necesarios para modelar, diseñar y optimizar los sistemas de fusión.
Al integrar estrechamente la inteligencia artificial con la informática de alto rendimiento y datos experimentales en vivo, este proyecto promete acelerar drásticamente el ritmo de los descubrimientos en el campo de la fusión.
La plataforma, llamada STELLAR-AI, se está desarrollando bajo el liderazgo del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía.
En lugar de funcionar como una instalación independiente, STELLAR-AI está diseñada como una columna vertebral computacional compartida para la comunidad de fusión en general, conectando laboratorios nacionales, universidades, empresas de tecnología y empresas privadas de fusión.
Eliminar los cuellos de botella de la simulación
La investigación moderna sobre la energía de fusión depende en gran medida de simulaciones informáticas avanzadas para predecir el comportamiento del plasma, probar diseños de reactores y mejorar las condiciones operativas.
Estas simulaciones son extremadamente complejas y pueden tardar semanas o incluso meses en completarse en una infraestructura informática tradicional. De manera similar, entrenar sistemas de IA que puedan ayudar con el diseño de fusión puede llevar tiempo.
STELLAR-AI tiene como objetivo comprimir estas líneas de tiempo en órdenes de magnitud. La plataforma vincula directamente potentes recursos informáticos con equipos experimentales de fusión, como la Actualización del Experimento Nacional de Toro Esférico (NSTX-U) de PPPL, que está previsto que reanude sus operaciones este año.
Esta conexión permite a los investigadores analizar datos experimentales casi en tiempo real sin tener que esperar hasta que finalice el experimento.
STELLAR-AI transforma la investigación de fusión de un proceso de parada y arranque a un flujo de trabajo continuo y adaptable al cerrar el círculo entre la simulación, el análisis de IA y la experimentación en vivo.
Plataforma digital dedicada a la fusión
El núcleo de STELLAR-AI está diseñado específicamente para los desafíos únicos de la investigación de la energía de fusión.
Los sistemas de fusión implican procesos físicos estrechamente acoplados, limitaciones de ingeniería y consideraciones económicas. Optimizarlos requiere velocidad y precisión.
Para satisfacer esta necesidad, la plataforma integra múltiples tipos de hardware informático. Las unidades de procesamiento central tradicionales manejan cargas de trabajo comunes, las unidades de procesamiento de gráficos aceleran el entrenamiento y la inferencia de la IA, y se incorporan nuevas unidades de procesamiento cuántico para explorar problemas que podrían beneficiarse de los algoritmos cuánticos.
Este enfoque híbrido crea un entorno informático flexible que puede abordar todo, desde el modelado de turbulencias de plasma hasta la optimización del diseño de reactores nucleares.
El objetivo final es acortar el camino desde el conocimiento científico hasta la energía de fusión comercialmente viable permitiendo decisiones de diseño más rápidas e inteligentes.
Diseño de reactor rápido y gemelo digital
Los investigadores planean implementar STELLAR-AI en múltiples proyectos de alto impacto. Uno de los esfuerzos clave es la creación de un gemelo digital detallado de NSTX-U.
Esta réplica virtual permite a los científicos probar estrategias de control y experimentar con diseños en software antes de aplicarlos a máquinas físicas, reduciendo el riesgo y aumentando la eficiencia.
Otro esfuerzo importante, conocido como StellFoundry, se centra en estelares, dispositivos de fusión con geometrías magnéticas complejas y retorcidas.
Tradicionalmente, el diseño de stellarator requiere escanear un vasto espacio de parámetros, un proceso que puede llevar años. Al aplicar la optimización impulsada por la IA a STELLAR-AI, los investigadores esperan identificar diseños prometedores más rápidamente.
Parte del impulso científico nacional de la IA
STELLAR-AI opera dentro de la misión Génesis más amplia, una iniciativa nacional del Departamento de Energía lanzada para acelerar el descubrimiento científico en laboratorios federales mediante el uso de inteligencia artificial.
Genesis proporciona acceso compartido a instalaciones de laboratorio, supercomputadoras de primer nivel, repositorios de datos y modelos avanzados de IA.
Dentro de este ecosistema, STELLAR-AI contribuirá con códigos de simulación específicos de fusión, conjuntos de datos seleccionados y modelos científicos para fortalecer la infraestructura nacional para la investigación de la energía de fusión.
El proyecto también respalda los objetivos federales descritos en la Hoja de Ruta de Ciencia y Tecnología de Fusión, que exige una plataforma digital impulsada por IA para acelerar la comercialización de la fusión y fortalecer el liderazgo energético de Estados Unidos.
fuerte asociación público-privada
STELLAR-AI se caracteriza por su amplia red de socios. El proyecto reúne la experiencia de laboratorios nacionales, universidades líderes y empresas tecnológicas globales, así como la colaboración directa con la industria privada de fusión.
Los socios académicos contribuyen con investigación y capacitación de vanguardia, y las empresas de tecnología brindan hardware avanzado, infraestructura de nube y optimización del rendimiento.
Las empresas de fusión tendrán acceso a modelos de IA validados y herramientas de simulación que pueden respaldar directamente el desarrollo de reactores y los cronogramas comerciales.
Esta estructura colaborativa permitirá que los avances de STELLAR-AI fluyan rápidamente del laboratorio a la industria, fortaleciendo todo el ecosistema de convergencia.
Acelerar el futuro de la convergencia
STELLAR-AI es un gran paso adelante para la investigación de la energía de fusión al integrar la IA, la informática de alto rendimiento y la experimentación en vivo en una única plataforma diseñada específicamente.
Si tiene éxito, podría acortar significativamente los ciclos de desarrollo, reducir los costos y acercar la energía de fusión práctica a la realidad, ayudando a abrir la puerta a una nueva era de energía limpia y abundante.
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