„Acest lucru poate ajuta în cele din urmă la reducerea amprentei mari de carbon a zborului”
Ce s -a întâmplat? Cercetătorii de la Facultatea de Știință și Inginerie Aplicată de la Universitatea din Toronto au exploatat puterea învățării mașinilor de a crea nanomateriale care combină puterea oțelului de carbon cu ușurința Styrofoam. Această dezvoltare poate avea un impact semnificativ asupra industriilor, de la automobile la aerospațiale.
Echipa de cercetare, condusă de profesorul Tobin Filleter, a conceput nanomateriale care oferă o rezistență, greutate și personalizare fără precedent. Aceste materiale sunt compuse din blocuri minuscule de construcție sau unități repetate, măsurând doar câteva sute de nanometri – atât de mici încât peste 100 aliniați se potrivesc abia cu grosimea unui păr uman.
Cercetătorii au utilizat un algoritm de învățare automată a optimizării Bayesian multi-obiectiv pentru a prezice geometrii optime pentru îmbunătățirea distribuției stresului și îmbunătățirea raportului de rezistență-greutate a proiectelor nano-arhitectate. Algoritmul a avut nevoie doar de 400 de puncte de date, în timp ce alții ar putea avea nevoie de 20.000 sau mai mult, permițând cercetătorilor să lucreze cu un set de date mai mic, de înaltă calitate. Echipa canadiană a colaborat cu profesorul Seunghwa Ryu și cu doctoratul Jinwook Yeo la Institutul de Știință și Tehnologie Coreean Advanced de Știință și Tehnologie pentru acest pas al procesului.
Acest experiment a fost prima dată când oamenii de știință au aplicat învățarea automată pentru a optimiza materialele nano-arhitectate. Potrivit lui Peter Serles, autorul principal al lucrării proiectului publicat în Advanced Materials, echipa a fost șocată de îmbunătățiri. Nu a reprodus doar geometrii de succes din datele de instruire; A învățat din ce schimbări la formele au funcționat și ce nu a fost, permițându -i să prezică geometrii cu totul noi.
Echipa a utilizat o imprimantă 3D de polimerizare cu doi fotoni pentru a crea prototipuri pentru validare experimentală, construind nanolaturi de carbon optimizate la scară micro și nano. Nanolatele optimizate ale echipei au dublat mai mult decât puterea proiectelor existente, rezistentă la stresul de 2,03 megapascali pentru fiecare metru cub pe kilogram de densitate – de aproximativ cinci ori mai puternic decât titanul.
Aplicațiile potențiale ale acestor materiale sunt vaste. Profesorul Filleter are în vedere componentele ultra-ușoare a industriei aerospațiale pentru avioane, elicoptere și nave spațiale. Cercetătorii estimează că înlocuirea componentelor de titan pe o aeronavă cu acest nou material ar putea economisi 80 de litri pe an pentru fiecare kilogram de material înlocuit, contribuind la reducerea amprentei mari de carbon a zborului.
Acest proiect a reunit diverse elemente din știința materialelor, învățarea mașinilor, chimia și mecanica, implicând colaborări cu parteneri internaționali de la Institutul de Tehnologie Karlsruhe din Germania, MIT și Universitatea Rice. Următorul pas este îmbunătățirea extinderii acestor proiecte de materiale. De asemenea, echipa intenționează să exploreze noi matrici care împing arhitecturile materiale la o densitate chiar mai mică, menținând în același timp o rezistență și rigiditate ridicată.