Научниците со помош на вештачка интелигенција и 3D-печатење креираа ултралесни, но исклучително цврсти нано-решетки, отворајќи пат кон поефикасни и еколошки прифатливи возила, од автомобили до авиони
Група научници успеа, благодарение на вештачката интелигенција (AI) и 3D-печатењето, да осмисли досега невидени наноматеријали кои ја комбинираат цврстината на јаглероден челик со тежината на стиропор. Во споредба со досегашните решенија, овие сосема нови „нано-решетки“ (nano-lattice) имаат повеќе од двојно поголема цврстина, што отвора можности за нивна примена во транспортната индустрија – од авиони и хеликоптери, до автомобили.
„Се надеваме дека овие материјали во иднина ќе доведат до ултралесни компоненти во воздухопловните апликации, како што се авиони, хеликоптери и вселенски летала, кои можат да ја намалат потрошувачката на гориво за време на летот, задржувајќи ја безбедноста и перформансите“, изјави Тобин Филетер, професор по инженерство на Универзитетот во Торонто и еден од коавторите на студијата. „На тој начин придонесуваме и за намалување на огромниот јаглероден отпечаток од летањето.“
Поврзување на цврстината и еластичноста
Еден од главните предизвици во развојот на нови материјали е фактот што големата цврстина често значи и ниска флексибилност. На пример, керамичките плочи можат да издржат значителен товар, но лесно се кршат кога врз нив ќе се примени поголема сила. Сличен проблем се јавува и кај т.н. наноархитектури – материјали составени од голем број мали, повторувачки единици (дебели само стоти дел од дебелината на човечко влакно).
Иако ваквите наноматеријали се исклучително цврсти во однос на сопствената маса, тие се склони кон нагло кршење поради концентрацијата на напрегања во структурата. Токму таа потенцијална „кршливост“ ја ограничувала нивната употреба во позахтевни инженерски проекти.
„Додека размислував за овој предизвик, сфатив дека е идеален за примена на машинско учење“, истакна инженерскиот истражувач Питер Серлс од Калифорнискиот институт за технологија (Caltech), главен автор на студијата.
Алгоритми што предвидуваат најдобар дизајн
За да најдат подобри начини за конструирање наноматеријали, истражувачите најпрво симулирале различни геометриски форми и структури, а потоа резултатите ги пренеле во алгоритам за машинско учење. Системот „учел“ врз основа на претходни примери, барајќи обрасци кои најрамномерно го распределуваат оптоварувањето и истовремено можат да издржат големи напрегања.
Откако ги пронашле оптималните форми, научниците со помош на 3D-печатење создале нови нано-решеткести структури и утврдиле дека можат да издржат притисок од 2,03 мегапаскали по кубен метар по килограм – што е приближно пет пати повеќе од јачината на титаниумот.
„Првпат машинското учење се користи за оптимизација на наноархитектонски материјали, а резултатите нè изненадија. Алгоритмот не ги повтори постоечките успешни геометрии од базата на податоци, туку сам креираше сосема нови форми“, изјави Серлс. „Научи што функционира, а што не, и врз основа на тоа предвиде сосема нови концепти за решеткести структури.“
Полесни компоненти во автомобили и авиони
Следниот чекор на научниците ќе биде зголемување на производствениот процес за овие материјали да се користат за поголеми компоненти, како и понатамошно истражување на нови форми со помош на развиената метода. Најголем потенцијал се гледа во полесни и цврсти делови за возила кои би ја намалиле потрошувачката на гориво.
„На пример, ако ги замените компонентите од титаниум во авион со овој материјал, би можеле да заштедите околу 80 литри гориво годишно за секој килограм заменет материјал“, истакна Серлс.
Освен очигледните придобивки за воздушниот сообраќај и намалување на емисиите на јаглерод диоксид, истражувачите сметаат дека унапредените наноматеријали би можеле да најдат примена и во автомобилите на иднината, што значително би го продолжило дометот на електричните возила или би ја намалило потрошувачката на класичните мотори со внатрешно согорување. Доколку оваа технологија успешно се интегрира во сериско производство, би се отвориле бројни можности за поефикасни и еколошки прифатливи транспортни системи, пишува Live Science.
