Исследователи из факультета прикладных наук и инженерии Университета Торонто сообщили о разработке с использованием искусственного интеллекта (ИИ) наноархитектурных материалов, таких же прочных, как углеродистая сталь, и таких же легких, как полистирол. В разработке этих усовершенствованных материалов, ученые Университета Торонто сотрудничали с Корейским передовым Институтом науки и технологий (KAIST) в Тэджоне, Южная Корея.
По мнению исследователей, эти материалы обладают исключительными свойствами, позволяющими им быть особенно прочными и сверхлегкими. Ученым пришлось найти решение проблемы концентрации напряжений, которая обычно приводит к раннему локальному разрушению материалов. Материалы с наноархитектурой состоят из крошечных строительных блоков или повторяющихся элементов размером в несколько сотен нанометров.
В своих исследованиях ученые, как они заявляют, обратились к использованию многоцелевого байесовского оптимизационного машинного обучения (MOBO). Исследователи указывают, что для прогнозирования наилучших возможных геометрий с целью улучшения распределения напряжений и отношения прочности к массе наноструктурных конструкций, этот алгоритм был изучен на основе смоделированных геометрий. «Это первый раз, когда машинное обучение было применено для оптимизации материалов с наноархитектурой, и мы были удивлены улучшениями качеств наноархитектурных материалов.
Кроме того, с помощью MOBO мы смогли работать с гораздо меньшим, но очень качественным набором данных», - объясняют ученые Университета Торонто. Помимо машинного обучения, исследователи также использовали 3D-принтер с двухфотонным отверждением в Центре исследований и применения жидкостных технологий (CRAFT). Эта технология аддитивного производства позволяет выполнять 3D-печать в микро - и наномасштабе, создавая оптимизированные углеродные наноструктуры, которые могут выдерживать напряжение 2,03 МПа/м3/кг (примерно в 5 раз выше, чем у титана).
«Если вы замените, например, титановые компоненты самолета этим материалом, вы сэкономите 80 литров топлива в год на каждый килограмм заменяемого материала. Это в конечном итоге может помочь снизить высокий углеродный след полетов», - подчеркивают исследователи.
Результаты этих исследований ученых из факультета прикладных наук и инженерии Университета Торонто опубликованы в научном журнале Wiley Advanced.