Nvidia crea un gemello digitale IA per reattori a fusione: svolta energetica

Una svolta epocale nel campo dell'energia da fusione potrebbe essere dietro l'angolo, grazie alla collaborazione tra Nvidia, General Atomics, l'Università della California a San Diego, l'Argonne National Laboratory e il National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC). L'obiettivo ambizioso è la creazione di un gemello digitale ad alta precisione di un reattore a fusione termonucleare, sfruttando la potenza dell'intelligenza artificiale per accelerare la ricerca e lo sviluppo nel settore dell'energia da fusione controllata. Questo virtual twin promette di ridurre significativamente i costi e i tempi necessari per la realizzazione di un reattore funzionante.

Nonostante decenni di sforzi a livello globale, la realizzazione di un reattore a fusione termonucleare pratico – una sorta di "Sole artificiale" sulla Terra – rimane una sfida complessa. Le condizioni estreme necessarie per innescare la fusione degli atomi di idrogeno in elio richiedono temperature elevatissime, vicine o superiori ai 150 milioni di gradi Celsius, circa dieci volte la temperatura del nucleo solare. In queste condizioni, il plasma – un gas ionizzato composto da nuclei di idrogeno – diventa estremamente instabile, rendendo il suo confinamento una priorità assoluta. Ed è qui che entra in gioco l'intelligenza artificiale, con il compito di gestire e controllare questa instabilità all'interno del gemello digitale del reattore.

Il cuore del progetto è la piattaforma Nvidia Omniverse, potenziata da CUDA-X, che permette di simulare il comportamento del plasma in tempo reale, riducendo i tempi di simulazione da settimane a pochi secondi. Per raggiungere questa velocità di calcolo, sono stati utilizzati i supercomputer Polaris (presso l'ALCF) e Perlmutter (presso il NERSC) per addestrare tre modelli di intelligenza artificiale surrogati, versioni semplificate in grado di prevedere il comportamento del plasma in determinate condizioni. Questi modelli consentiranno un controllo più preciso del reattore in tempo reale, evitando errori che potrebbero danneggiarlo e scartando soluzioni inefficienti, accelerando così il processo di ricerca.

Il gemello digitale del reattore a fusione DIII-D, sviluppato in collaborazione tra Nvidia e i team di ricerca, riceve dati dai sensori del reattore reale, che vengono poi utilizzati per le simulazioni. Il sistema si avvale di una serie di modelli e intelligenze artificiali surrogati: EFIT, per valutare l'equilibrio del plasma; CAKE, per determinarne i confini; e ION ORB, per calcolare la densità del flusso termico dagli ioni. Tutti questi dati convergono in un ambiente interattivo unificato basato su Nvidia RTX PRO e DGX Spark. La piattaforma Omniverse garantisce un'interazione dinamica, mentre CUDA-X accelera i calcoli. Il sistema è sincronizzato con il reattore fisico, consentendo a 700 scienziati provenienti da 100 organizzazioni diverse di condurre esperimenti audaci in un ambiente virtuale, senza il rischio di conseguenze reali.

Il risultato finale è una sorta di "acceleratore di fusione", che combina fisica, calcolo e algoritmi per la ricerca in tempo reale, la previsione e l'ottimizzazione del design dei reattori. Questo approccio innovativo potrebbe rappresentare una svolta decisiva nella corsa all'energia da fusione, aprendo la strada a una fonte di energia pulita, sicura e inesauribile per il futuro.