Машинне навчання та 3D-друк створюють матеріали міцні, як сталь, і легкі, як пінопласт

Дослідники з Університету Торонто, використовуючи машинне навчання, розробили наноматеріали, які поєднують унікальну міцність сталі та легкість пінопласту.

Їхні результати, опубліковані в журналі Advanced Materials, відкривають перспективи для застосування в авіації, автомобілебудуванні та інших галузях.

Джерело: phys.org

Деталі:

Революційна технологія створення матеріалів

Команда під керівництвом професора Тобіна Філлітера розробила наноматеріали, які мають високу міцність, легкість і можливість налаштування під різні потреби. Використовуючи наноархітектуру — структури на основі крихітних будівельних блоків розміром кілька сотень нанометрів, — вони створили інноваційні геометрії, що оптимізують розподіл напруги та підвищують показники міцності.

«Наноархітектурні матеріали поєднують високопродуктивні форми, такі як трикутні конструкції мостів, з нанорозмірами, що забезпечує ефект "менше означає міцніше". Це дозволяє досягти найвищих співвідношень міцності до ваги та жорсткості до ваги серед усіх матеріалів», — пояснює Пітер Сірлз, головний автор дослідження.

Для подолання проблеми концентрації напруги, що виникає у стандартних структурах, команда залучила алгоритм машинного навчання — багатоцільову байєсову оптимізацію. Цей алгоритм дозволив створити абсолютно нові геометрії, які більш ніж удвічі перевищують міцність попередніх матеріалів.

Експериментальна перевірка та результати

Для перевірки результатів команда використала технологію 3D-друку на мікро- та нанорівні, створюючи оптимізовані нанорешітки з вуглецю. Ці структури витримали напругу 2,03 мегапаскаля на кубічний метр на кілограм щільності, що приблизно вп'ятеро перевищує показники титану.

«Це перший випадок, коли машинне навчання застосували для оптимізації наноархітектурних матеріалів, і результати перевершили всі очікування», — зазначає Сірлз.

Майбутні перспективи

Ці матеріали мають великий потенціал у створенні ультралегких компонентів для літаків, вертольотів і космічних апаратів, зменшуючи витрати пального під час польотів. Наприклад, заміна титанових компонентів на ці наноматеріали може економити до 80 літрів пального на рік на кожен кілограм заміненої ваги.

Крім того, такі наноматеріали можуть знайти застосування у сферах із високими вимогами до міцності та легкості, включаючи енергетику, робототехніку та медицину.

Довідково:

Наступними кроками команда планує масштабувати виробництво таких матеріалів, щоб зробити їх доступними для широкого використання, а також вивчити можливість створення ще легших структур із збереженням високої міцності.

• #3D
• #друк
• #технології