З допомогою штучного інтелекту вчені створили новітній матеріал, що поєднує в собі легкість полістеренової піни та міцність сталі.
Штучний інтелект став новим інструментом для розробки концепції інноваційних наноматеріалів із заданими властивостями. Так, у новому досліджені вчені описали матеріал, який можна буде використовувати для вироблення міцніших, легших та економічних деталей до різноманітних транспортних засобів від автомобілів до літаків. Для багатьох матеріалів міцність та ударна в’язкість є суперечливими параметрами. Наприклад, керамічний посуд зазвичай є доволі міцним та витривалим до навантаження, однак для цього доводиться жертвувати його витривалістю до ударів: аби розбити кераміку, не потрібно докладати багато зусиль та енергії. Та ж проблема є актуальною і для наноархітектурних матеріалів, структура котрих представлена мережею повторюваних блоків завбільшки з 1/100 товщини людського волоса. Така конструкція робить їх доволі міцними та жорсткими для своєї щільності та ваги, але водночас схильними до раптового руйнування через концентрацію напружень. Ця вразливість дуже обмежує варіанти використання наноархітектурних матеріалів.
За словами одного з авторів дослідження, інженера Пітера Серлеса з Каліфорнійського технологічного інституту, він так його колеги подумали, що ця проблема могла б стати дуже цікавим викликом для штучного інтелекту. Дослідники симулювали безліч геометрій дизайну наноматеріалу, перш ніж виконати їхній аналіз із застосуванням алгоритма машинного навчання для його тренування. Аналізуючи різні варіації дизайну, ШІ навчився передбачати, які форми наноструктури найкраще пораються із великим навантаженням, рівномірно розподіляючи тиск. За результатами роботи алгоритма дослідники обрали оптимальну форму, аби створити новий матеріал з експериментальною нанорешіткою з допомогою 3D-друку.
У процесі випробування своїх напрацювань інженери виявили, що за щільності менш як 215 кг/м3 цей матеріал може витримувати навантаження у 2,03 МПа на кожний м3/кг. Це робить його уп’ятеро міцнішим за титан. Серлес пояснив, що його команда була шокована таким результатом. Уперше штучний інтелект було застосовано для оптимізації наноархітектурних матеріалів, і він не просто відтворив успішні геометрії, вивчені під час тренування, але зробив висновки про те, які зміни є сприятливими для форми нанорешіток, та навчився створювати нові геометрії. Дослідники планують сконцентруватися на масштабуванні виробництва інноваційної наноархітектури, щоб цей матеріал можна було протестувати у складі реальних компонентів для машин. Кінцевою метою є створення міцних, але легких деталей для енергоефективних та економічних транспортних засобів майбутнього. Так, за розрахунками команди Серлеса, якщо замінити титанові компоненти літака цим матеріалом, то можна скоротити витрати пального на 80 літрів на рік на кожний кілограм матеріалу, який замінили.
Джерело зображень: Peter Serles/University of Toronto Engineering