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AI는 리튬 배터리가 화재를 일으키려고 할 때를 '들을' 수 있다

물아일체

10 1581 8 2024.11.15 10:49

<img src="https://img2.quasarzone.com/editor/2024/11/15/1244e4b202565c2641cc492004cd52b7.jpg" alt="퀘이사존"> <div align="center"><table align="center" class="__se_tbl" style="border-width: 1px 1px 0px 0px; border-style: dashed dashed none none; border-color: rgb(199, 199, 199) rgb(199, 199, 199) currentColor currentColor;width:800px;max-width: 100%" border="1" cellspacing="0" cellpadding="0" attr_no_border_tbl="1"><tbody><tr><td width="800" style="border-width: 0px 0px 1px 1px; border-style: none none dashed dashed; border-color: currentColor currentColor rgb(199, 199, 199) rgb(199, 199, 199);">미국 국립표준기술원(NIST)의 연구원들은 리튬 이온 배터리가 발화할 때 소리를 사용하여 감지하는 방법을 개발했습니다. NIST 팀에는 와이 청 "앤디" 탐과 앤서니 푸토르티가 포함되었습니다.
 리튬 이온 배터리는 우리 주변에 있습니다. 휴대전화, 노트북, 전자 자전거 또는 전기 자동차에 들어 있을 수 있습니다. 손이 닿는 거리에 여러 개가 있을 수도 있고 건물 안에 수백 개가 있을 수도 있습니다.

이러한 배터리는 작은 공간에 많은 에너지를 저장할 수 있기 때문에 인기가 있습니다. 이러한 특성으로 인해 유용하지만 위험도 있습니다. 리튬 이온 배터리가 너무 뜨거워지거나 손상되면 화재가 발생하거나 폭발할 수도 있습니다. 그리고 배터리 화재의 위험은 증가하고 있습니다. 2023년 뉴욕시 소방서는 전자 자전거의 배터리로 인해 발생한 268건의 주택 화재에 대응하여 150명이 부상당하고 18명이 사망했습니다.

이런 화재는 거의 순식간에 엄청나게 뜨거워지기 때문에 매우 위험합니다. 배터리는 최대 1,100도(2,012도)의 불꽃을 방출할 수 있는데, 이는 토치만큼 뜨겁고, 약 1초 만에 그 온도에 도달합니다. 이는 일반적으로 연기가 나거나 작은 불꽃으로 느리게 시작되는 다른 종류의 주거 화재와는 극적으로 다릅니다. 이런 화재의 경우 연기가 연기 경보기에 도달하여 사람들에게 위험을 경고할 시간이 더 많습니다.

더 빨리 가열되는 것 외에도 리튬 이온 배터리는 고장의 첫 단계에서 감지할 수 있는 연기를 많이 발생시키지 않습니다. 제한된 연기가 전통적인 연기 경보기를 작동시킬 때쯤이면 화재 확산을 막기에는 너무 늦을 수 있습니다. 따라서 이러한 화재를 일찍 감지할 수 있는 방법이 있으면 도움이 될 것입니다. 

"배터리 폭발 영상을 보다가 흥미로운 것을 발견했습니다." 탐이 말했다. "화재가 나기 직전에 배터리의 안전 밸브가 끊어져서 작은 소리가 났습니다. 그걸 활용할 수 있을지도 모른다고 생각했습니다." 그는 이런 관찰을 한 최초의 사람은 아니었지만, 그 아이디어를 직접 시험해 볼 수 있을지 알아보고 싶었습니다.
 리튬 이온 배터리가 발화하기 전에 화학 반응으로 인해 내부에 압력이 형성됩니다. 배터리가 부풀기 시작합니다. 많은 리튬 이온 배터리 셀은 단단한 케이스를 가지고 있기 때문에 확장할 수 없습니다.

이러한 단단한 케이스 중 다수에는 이 압력을 깨고 방출하도록 설계된 안전 밸브가 들어 있습니다. 이 깨지는 안전 밸브는 Tam이 비디오에서 들은 소리입니다. 독특한 클릭 쉿거리는 소리로, 소다 병을 깨는 소리와 비슷합니다.

이전 연구에서는 소리가 조기 경보 시스템에 사용될 수 있다는 것을 관찰했습니다. 하지만 세상에는 스테이플러를 사용하거나 종이 클립을 떨어뜨리는 것과 같이 안전 밸브가 깨지는 소리와 비슷한 소리가 많이 있습니다.

방 안의 무작위 소음이 감지기를 작동시킨다면 감지기는 별로 유용하지 않을 것입니다. 그래서 연구자들은 안전 밸브가 깨지는 소리를 안정적으로 인식하고 다른 소음은 감지하지 못하는 소프트웨어가 필요했습니다. 그들은 AI를 사용하기로 결정했습니다. 탐과 푸토르티는 이 독특한 소음을 인식하도록 머신 러닝 알고리즘을 훈련했습니다.

알고리즘을 작동시키기 위해 그들은 먼저 많은 소리의 예가 필요했습니다. 그들은 시안 과학기술대학의 연구실과 협력하여 폭발하는 배터리 38개의 오디오를 녹음했습니다. 그런 다음 그들은 그 녹음의 속도와 피치를 조정하여 소프트웨어에 안전 밸브가 깨지는 소리가 어떤지 가르치는 데 사용할 수 있는 1,000개 이상의 고유한 오디오 샘플로 확장했습니다.
 
이 알고리즘은 놀라울 정도로 잘 작동합니다. 카메라에 장착된 마이크를 사용하여 연구자들은 94%의 시간 동안 과열된 배터리 소리를 감지했습니다.

"저는 사람들이 걷는 소리부터 문을 닫는 소리, 코카콜라 캔을 여는 소리까지 온갖 종류의 소음을 사용하여 알고리즘을 혼란스럽게 만들려고 했습니다." 탐이 설명했습니다. "그 중 몇 개만이 감지기를 혼란스럽게 했습니다."

탐은 제 13회 아시아-오세아니아 화재 과학 및 기술 심포지엄 에서 연구 결과를 발표했습니다 . 그와 푸토르티는 특허를 신청했으며 더 많은 유형의 배터리와 마이크로폰으로 이 연구 분야를 계속할 계획입니다.

그들은 테스트에서 배터리가 치명적으로 고장나기 약 2분 전에 안전 밸브가 끊어졌다는 것을 관찰했습니다. 그들은 또한 더 광범위한 배터리에 대한 추가 실험을 통해 경고 시간을 확인할 계획입니다.

이 기술이 완전히 개발되면 새로운 종류의 화재 경보기를 만드는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 경보기는 주택과 사무실 건물 에 설치하거나 창고와 전기 자동차 주차장과 같이 배터리가 많은 곳에 설치할 수 있습니다. 그들이 제공하는 사전 경고는 사람들에게 대피할 시간을 줄 수 있습니다. 리튬 이온 배터리 와 건강한 관계를 맺는 열쇠는 주의 깊게 듣는 것일 수 있습니다. </td></tr></tbody></table></div>※ 퀘이사존 공식 기사가 아닌 해외 뉴스/기사를 번역한 것으로, 퀘이사존 견해와 주관은 포함되어 있지 않습니다.

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