Trong nhiều thập kỷ qua, rác thải nhựa luôn là một vấn đề nan giải không chỉ đối với môi trường mà còn đối với chính con người chúng ta. Đặc biệt gần đây các thành phần phân tử của rác thải được phát hiện trong cơ thể của con người. Và trong năm nay là đầu tiên chúng được phát hiện trong máu của con người.
Giải pháp AI cho môi trường được nghiên cứu từ năm 2016, các nhà khoa học Nhật Bản đã bắt tay vào nghiên cứu quá trình trình xử lý rác của một nhà máy phân hủy rác thải. Họ nghiên cứu cách thức mà một vi khuẩn phân hủy rác thải bằng giải pháp AI cho môi trường này.
Một trong những loại rác thải cứng đầu nhất mà các nhà khoa học hướng đến là Poly Ethylene Terephthalate (PET). Loại rác thải này chiếm đến 12% tổng lượng rác thải toàn cầu. Chúng có mặt trong các chai nhựa và túi đựng đồ mà chúng ta sử dụng hàng ngày. Tổng lượng rác thải loại này toàn cầu hiện nay là 50 triệu tấn/năm và dự kiến lên đến 100 triệu tấn/năm. Loại rác thải này rất khó xử lý!
Mục tiêu của các nhà khoa học Nhật Bản là tìm ra loại vi khuẩn có thể sử dụng nguồn rác thải là một nguồn năng lượng. Sau khi thu thập các mẫu vi khuẩn này về phòng thí nghiệm.
Cuối cùng học cũng tìm ra được một loại vi khuẩn có tên là Ideonella Sakaiensis. Chúng có thể tiêu hóa các loại rác thải này và thải ra khí CO2, Ethyl glycol và Pterophalic acid – có thể tái chế thành các sản phẩm nhựa mới. Loại vi khuẩn này có 2 enzyme có khả năng phân hủy rác thải nhựa thành các thành phần cơ bản.
Điểm yếu của các vi khuẩn này là chúng rất dễ bị tác động bởi các điều kiện nhiệt độ môi trường xung quan nên nếu nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp đều ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của chúng.
Vào tháng 5/22, một đội nghiên cứu đến từ Đại học Texas tại Austin, đã sử dụng mạng nơ-ron để thiết kế và cải thiện hiệu suất cũng như độ ổn định của enzyme phân hủy nhựa. Một thuật toán học máy phụ trách việc sửa đổi các axit amin trong enzyme.
Một mạng nơ-ron được gọi là Mute Compute đã nghiên cứu một loạt 19.000 protein có kích thước tương tự nó là để xác định mẫu giúp vi khuẩn hoạt động ổn định. Các axit amin phù hợp với protein là chìa khóa cho sự ổn định. Khi thuật toán thấy rằng một axit amin có thể không phù hợp, nó đề xuất một axit amin khác thay thế cho từng axit amin trong số 290 axit amin.
Chương trình sẽ kiểm tra xem liệu giải pháp AI cho môi trường có phù hợp tốt trong môi trường cấu trúc tức thời so với các protein khác trong tầm hiểu biết của nó hay không. Điều này có nghĩa là nó có thể cân bằng sự đánh đổi tiến hóa giữa hoạt động và sự ổn định.
Sau hàng triệu triệu kết hợp các axit amin mà AI đề xuất ba sự thay thế axit amin mà nhóm đã quyết định sử dụng, kết quả là chúng hoạt động mạnh mẽ đặc biệt là ở mức thấp hơn nhiệt độ so với bất kỳ mẫu nào trước đó, enzyme do AI thiết kế đã phá vỡ toàn bộ khay nhựa trong vòng 48 giờ với giải pháp AI cho môi trường hiện tại.
Nó phân hủy nhựa với tốc độ nhanh hơn hai lần và ở nhiệt độ thấp hơn so với loại enzyme được thiết kế tốt nhất tiếp theo mà họ đã chứng minh rằng nhựa tiêu dùng chưa qua xử lý có thể được phân hủy gần như hoàn toàn bị trong một tuần, họ đã thử nghiệm 51 sản phẩm khác nhau bao gồm toàn bộ hộp và chai nhựa.
Họ cũng có thể tạo ra các đồ vật bằng nhựa tái chế mới với mức tiêu thụ năng lượng ít hơn nhiều so với cách truyền thống, lợi ích hơn nữa là vi khuẩn không thể sinh sản một cách không kiểm soát.
Nhóm đang tiếp tục nghiên cứu các khía cạnh thực tế của việc tái chế enzyme cũng như mở rộng phạm vi vật liệu, vì vậy có một số hạn chế cần lưu ý như nhiệt độ làm việc tối ưu của enzyme là 50 độ C, quá cao để hoạt động trong điều kiện môi trường xung quanh nhưng có lẽ với mạng nơ-ron tốt hơn, họ hy vọng, giải pháp AI cho môi trường này sớm có thể hạ nhiệt độ hoạt động tối ưu này xuống bằng với nhiệt độ của môi trường xung quanh.
Xem thêm:
[…] Phân hủy rác thải nhựa chỉ trong vài giờ nhờ một loại Enzyme mới do AI tạo ra […]