Blockdit Logo (Mobile)
The Thinker Man
•
18 ม.ค. 2020 เวลา 16:16 • ข่าว
เมื่อ IBM จับมือกับ Diamler!!! ใช้เทคโนโลยีควอนตัมในการออกแบบแบต solid state ที่ชาร์จได้ 80% ภายใน 5 นาทีสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าแห่งอนาคต
เป็นข่าวที่ฮือฮาไม่น้อยในวงการยานยนต์โลกเมื่อ IBM จับมือกับ เบ็นซ์(Mercedes-Benz) และบริษัท Central Glass (บริษัทเคมีภัณฑ์จากญี่ปุ่น), และบริษัท startup ชื่อ Sidus ได้ประกาศอย่างเป็นทางการในงาน CES2020 ที่ผ่านมาว่าจะพัฒนาแบตเตอรี่ชนิดแข็ง (Solid State Battery) ที่สามารถชาร์จได้ 80% ภายใน 5 นาทีเท่านั้น !!!! โดยการใช้เทคโนโลยีการออกแบบใหม่ทั้งหมดด้วยสุดยอดเทคโนโลยีแห่งยุคอย่างคอมพิวเตอร์ควอนตัม
แล้วเทคโนโลยี Quantum Computer คืออะไรมันทำงานอย่างไร?
ในปัจจุบัน Quantum Computer ที่ผลิตโดย google มีความสามารถในการประมวลผลได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไปถึง 100 ล้านเท่า หากยังไม่เห็นภาพให้เราสมมุติว่ามีโจทย์ทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนมากๆอยู่ข้อหนึ่ง ถ้าเราให้คอมพิวเตอร์แบบปัจจุบันหาคำตอบมันต้องใช้เวลาประมวลผลถึง 10,000 ปี แต่เจ้าควอนตัมคอมพิวเตอร์ของ google กลับสามารถประมวลเสร็จภายใน 3 นาที 20 วินาที!!! แล้วอะไรเป็นสาเหตุให้มันคำนวณได้เร็วขนาดนั้น
ก่อนที่เราจะพูดถึงไอเดียเรื่องที่มาที่ไปของ Quantum Computer เราต้องเข้าใจก่อนว่าทำไมถึงต้องสร้างมันขึ้นมา เนื่องจากซิปหน่วยประมวลผลของคอมพิวเตอร์แบบปกตินั้นมีเทคโนโลยีที่อยู่บนพื้นฐานของการลดขนาดทรานซิสเตอร์จำนวนมหาศาลลงบนแผ่นซิลิคอน โดยจำนวนทรานซิสเตอร์ที่มากขึ้นหมายถึงคอมพิวเตอร์ตัวนั้นจะประมวลผลเร็วขึ้นนั่นเอง ซึ่งสามารถอธิบายได้ง่ายๆ ด้วยกฎของมัวร์ (Moore’s Law) ที่ระบุว่า ปริมาณของทรานซิสเตอร์บนแผงวงจร (นัยหนึ่งคือความเร็วในการประมวลผล) จะเพิ่มเป็นเท่าตัวทุกๆ 2 ปี ซึ่งนับจากยุค 1970 เป็นต้นมาดูเหมือนซิปประมวลผลจะเป็นไปตามกฏนี้อย่างเคร่งครัด แต่แล้วก็ส่อแววถึงทางตันเมื่อทรานซิสเตอร์ถูกย่อลงมาถึงขนาดประมาณ 9 นาโนเมตรในปี 2011 ซึ่งหากเล็กกว่านี้มันจะทำให้เกิดความล้มเหลวในการประมวลผลเพราะอิเลกตรอนจะมีพฤติกรรมแปลกๆที่ใช้กฏทางฟิสิกส์ปกติควบคุมไม่ได้ เนื่องจากมันจะเริ่มเข้าสู่มิติควอนตัมแล้ว
กราฟแสดงกฎของมัวร์ (Moore’s Law) เทียบกับจำนวนทรานซิสเตอร์ของชิปประมวลผลที่เพิ่มขึ้น, Photo: wikipedia.com
โดยคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน ฐานที่เล็กที่สุดของการคำนวณคือ Bit หรือ Binary Digits ที่มีสถานะแค่ “0” และ “1” แต่กับคอมพิวเตอร์ควอนตัมเราจะไม่รู้ค่าของมันเลย มันอาจจะมีค่าเป็น “0” หรือเป็น “1” หรือทั้งคู่ จนกว่าเราจะทำการวัดค่าของมันทำให้มันมีหลายสถานะในเวลาเดียวกัน เราเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า "หลักการซ้อนทับควอนตัม (quantum superposition)"
แต่สำหรับ Quantum Computer แล้วฐานที่เล็กที่สุดของการคำนวณคือหน่วย " Qubit หรือ Quantum Bit "โดยปกติแล้วค่า1 Bit จะเก็บค่าสถานะได้แค่ “0” และ “1” แต่ Qubits จะเก็บค่าได้ซับซ้อนมากกว่านั้น คือไม่เป็น “0” และ “1” ก็เป็นทั้งคู่ หรือไม่เป็นทั้งคู่ นั่นแปลว่าใน 1 Qubits จะเกิด 2 ความเป็นไปได้ ซึ่งตามคอนเซ็ปต์ของ Superposition แล้ว หากเรามี 2 Qubits จะเกิด 4 ความเป็นไปได้ และ 3 Qubits เกิด 8 ความเป็นไปได้ โดยจะอยู่ในรูปแบบ 2 กำลัง X ไปเรื่อย ๆ นั่นคือเหตุผลที่ทำให้ Quantum Computer ประมวลผลได้เร็วมาก เพราะมันสามารถประมวลผลในแบบคู่ขนาน (pararel processing) แทนที่จะประมวลผลแบบเส้นตรงในคอมพิวเตอร์ปกติ เหตุผลนี้ ที่ทำให้การประมวลผลแบบควอนตัม (Quantum Computing) ไม่เพียงแต่จะหมายถึง การสร้างคอมพิวเตอร์ที่ทำงานได้เร็วขึ้น แต่มันยังเป็นคอมพิวเตอร์ที่มีการทำงานขั้นพื้นฐานในวิธีที่แตกต่างจากคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกอีกด้วย และปรากฏการ์ประหลาดอีกอย่างคือการโปรแกรมคำสั่งใน Quantum Computer สามารถวัดค่าได้แค่ครั้งเดียว ถ้าคุณพยายามวัดค่ามันอีกค่าที่ได้จะถูกเปลี่ยนสถานะทันที เรียกได้ว่ามันเหมาะมากกับงานถอดรหัส
หน่วยการประมวลผลแบบ qubit จะมีหลายสถานะภายในเวลาเดียวกันตามหลักการ ซ้อนทับควอนตัม (quantum superposition)โดยจะอยู่ในรูปแบบ 2 กำลัง X ไปเรื่อย ๆ อ้างอิงจาก
คอมพิวเตอร์ควอนตัม(quantum)ใช้ในการออกแบบแบตเตอร์รี่ Solid State ได้อย่างไร ??
ด้วยความที่ Quantum Computer มีความสามารถในการประมวลผลที่สูงมากทาง IBM จึงได้เสนอไอเดียในการนำความสามารถนี้ไปออกแบบแบตเตอรี่ชนิดใหม่อย่างแบต solid state ที่จะใช้พื้นฐานจากแบตแบบ lithium-sulfur (ลิเธียม-ซัลเฟอร์)ในการออกแบบทั้งหมด ซึ่งทาง IBM คาดว่าด้วยหน่วยประมวลผลอันทรงพลังของ Quantum Computer มันน่าจะช่วยในการออกแบบโครงสร้างส่วนประกอบที่สำคัญอย่างขั้วไฟฟ้าและสารประกอบอิเลกโทรไลต์ที่เป็นของแข็งทั้งหมดให้มีประสิทธิภาพเชิงไฟฟ้าและโครงสร้างสูงที่สุด โดยพวกเขาคาดว่าแบตเตอรี่ Solid State แบบใหม่จะชาร์จเต็ม 80 % ภายใน 5 นาที เท่านั้น แซงหน้าแชมป์ในปัจจุบันอย่างแบตจากรถ ปอร์เช่ ไทคาน (Porsche Taycan) ที่ชาร์จนานกว่าครึ่งชั่วโมงไปแบบขาดลอย
ทาง IBM คาดว่าด้วย Quantum Computer ของพวกเขาจะทำให้ออกแบบแบตเตอรี่ Solid State แบบใหม่จะชาร์จเต็ม 80 % ภายใน 5 นาที เท่านั้น
โดยแบตแบบ solid state(SSB) แตกต่างจากแบต lithium-ion ที่นิยมใช้กันอยู่ปัจจุบันคือมันไม่มีการใช้สารอิเลกโทรไลต์ที่เป็นของเหลวซึ่งเสี่ยงต่อการระเบิดเมื่อใช้งานไปนานๆ อีกทั้งส่วนประกอบทั้งหมดในแบตที่เป็นของแข็งและด้วยความหนาแน่ระหว่างของแข็งกับของเหลวจะอยู่ประมาณ 20 - 30 ไมครอน (ของเหลว) ขณะที่ของแข็งเพียง 3 - 4 ไมครอนเท่านั้น แตกต่างกันถึง 7 เท่า ทำให้แบตแบบ solid state มีค่าความจุไฟฟ้าและขนาดที่เล็กกว่าแบต lithium-ion มาก เราจึงย่อขนาดมันลงมาได้ขณะประสิทธิภาพเท่าเดิม
นอกจากนี้เมื่อประเมินจำนวนรอบในการชาร์จแล้วแบต solid state มีค่ารอบการชาร์จ (Charge cycles) ที่สูญเสียความมั่นคงการเก็บประจุไฟฟ้าเพียง 5% เท่านั้นจากรอบการชาร์จกว่า 40,000 รอบ (จากรายงานของแบตฯ ประเภท LiPON ชนิดหนึ่งใน SSB) ขณะที่แบตฯ lithium-ion แค่ชาร์จ 300 - 1,000 ครั้งก็ไม่สามารถเก็บไฟฟ้าได้ดีแล้ว นอกจากนี้แบต solit state สามารถทำงานได้ปกติแม้อยู่ในช่วงอุณหภูมิติดลบประมาณ 40 - 100 องศา ขณะที่แบต lithium-ion ทำได้แค่ 20 - 60 องศาเท่านั้น เรียกได้ว่าทั้งอึดทั้งทน
ในปัจจุบันแบต SSB มีการใช้วัสดุไม่เหมือนกันในการทำอิเล็กโทรไลท์ (Electrolyte) Li-Halide, Perovskite, Li-Hydride, NASICON-like, Garnet, Argyrodite, LiPON และ LISICON-like ที่ให้ประสิทธิภาพที่ใกล้เคียงกันแต่ตอนนี้เรายังบอกไม่ได้ว่าแบบใดดีที่สุดเพราะเทคโนโลยีนี้เพิ่งพัฒนาในช่วงไม่กี่ปีมานี้เอง แต่แบต SSB แบบหนึ่งที่เป็นที่น่าจับตามองมากที่สุดคือ แบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ เพราะมีค่าความจุไฟฟ้าที่สูงแล้วมันยังค่อนข้างเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมากซะด้วย
‘แบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์’ คืออะไรทำไมจึงเป็นที่น่าสนใจ???
สาเหตุที่ IBM สนใจเจ้าแบต SSB แบบลิเธียม-ซัลเฟอร์ เนื่องจากมันมีความสามารถในการกักเก็บพลังงานสูงกว่า สามารถใช้ได้ในช่วงอุณหภูมิกว้าง มีราคาถูกกว่า มีความปลอดภัยและมีความเป็นพิษต่ำ อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ชนิดใหม่นี้มีข้อเสีย คือ มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่ส่งผลต่อความเสถียรของโครงสร้าง ทำให้เกิดการลดลงของความจุไฟฟ้าอย่างรวดเร็วและมีรอบการใช้งานที่สั้น ด้วยเหตุนี้ Quantum Computer จึงถูกนำมาใช้เพื่อประมวลผลการออกแบบโครงสร้างแบตแบบใหม่ที่ดีและเสถียรขึ้นนั่นเอง
โดยข่าวล่าสุดทีมวิจัยจาก Monash University ประเทศออสเตรเลีย ได้พัฒนา แบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ [lithium-sulphur (Li-S) battery] แบบใหม่ ที่ออกแบบให้มีความจุสูงมากเป็นพิเศษ โดยมีอายุการใช้งานนานกว่าแบตเตอรี่กล้องทั่วไปถึง 4 เท่า และ ใช้งานกับสมาร์ทโฟน ได้ 5 วันติดต่อกัน โดยไม่ต้องชาร์จไฟ อีกทั้งมีความเสถียรและต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่าด้วย
ทีมนักวิจัยจาก Monash University ได้ประกาศการค้นพบวิธีสร้างแบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ [lithium-sulphur (Li-S) battery] ที่มีอายุการใช้งานนานกว่าแบตเตอรี่กล้องทั่วไปถึง 4 เท่า และ ใช้งานกับสมาร์ทโฟน ได้ 5 วันติดต่อกัน
ต้องยอมรับจริงๆว่าในปัจจุบันเทคโนโลยีรถยนต์ไฟฟ้ากำลังมาแรงมาก และเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วชนิดที่ว่าแค่คุณตื่นเช้าขึ้นมาเทคโนโลยีก็ไปไกลจนคุณตามไม่ทันแล้ว แน่นอนว่าการพัฒนารถยนต์ไฟฟ้าย่อมทำให้แรงงานในอุตสาหกรรมรถยนต์แบบสันดาปภายในได้รับผลกระทบอย่างแน่นอน เพราะพวกเขาอาจจะตกงานในไม่ช้า โดยเฉพาะอย่างยิ่่งประเทศไทยที่เป็นฐานการผลิตรถยนต์ขนาดใหญ่
เทคโนโลยีไม่ใช่สิ่งที่ผิดแต่มันผิดที่คนเราไม่ยอมปรับตัวออกจาก comfort zone นั่นเอง แม้จะดูเป็นสิ่งที่โหดร้ายต่อแรงงาน แต่ประวัติศาสตร์ก็ได้พิสูจน์แล้วว่าคนเราปรับตัวได้เสมอ เหมือนอย่างที่เราเคยเปลี่ยนจากนังรถม้ามานั่งรถไฟ ที่มาพร้อมกับตำแหน่งงานมหาศาลในอุตสาหกรรมรถไฟ ก็คงเช่นเดียวกับการเปลี่ยนถ่ายจากการใช้รถยนต์สันดาปภายในมาใช้รถไฟฟ้านั่นเอง
ติดตามผ่านช่องทางอื่น ๆ ได้ที่
โฆษณา