Dankzij kunstmatige intelligentie hebben de onderzoekers een ultra-gebieden en superresistent materiaal gecreëerd: met hogere titanium- en aluminiumprestaties zou het sectoren zoals ruimtevaart, automotive en energie kunnen transformeren, de efficiëntie verbeteren en het brandstofverbruik verminderen
Een team van onderzoekers van deUniversiteit van Toronto heeft een nieuw materiaal ontwikkeld dat sectoren zou kunnen transformeren zoals ruimtevaart en automotive. Dankzij de Unie tussen Machine Learning En Engineering op nanometrische schaalhebben een koolstofstructuur gecreëerd die combineert Extreme weerstand en lichtheidhet overwinnen van de uitvoering van traditionele materialen.
Jarenlang hebben ingenieurs geprobeerd materialen te ontwikkelen verenig lichtheid en weerstand Om de efficiëntie in verschillende sectoren te verbeteren, in het bijzonder de ruimtevaart, waar zelfs een paar minder grammen zich kunnen vertalen in brandstofbesparing en geoptimaliseerde prestaties.
Materialen zoals aluminium en titanium Lange tijd vertegenwoordigden ze de meest geavanceerde oplossing, maar de huidige beperkingen. Zelfs koolstofvezel is, ondanks dat het een revolutionair alternatief is, niet zonder defecten. Om deze obstakels te overwinnen, heeft het Canadese onderzoeksteam een innovatieve aanpak onderzocht: i Nano -materialen gearchiveerd.
Deze structuren, ontworpen op nanometrisch niveau, halen inspiratie uit natuurlijke elementen zoals zoals Botten, schelpen en netelrooshet optimaliseren van de verdeling van de belasting om zwakke punten te verminderen. Het ontwerp van deze geometrieën is echter extreem complex, omdat een onjuiste spanningsverdeling de weerstand van het materiaal in gevaar kan brengen.
Om deze uitdaging aan te gaan, gebruikten de onderzoekers een Geavanceerd machine learning -model bekend als Bayesiaanse optimalisatiein staat om de meest efficiënte geometrische configuratie tussen miljoenen mogelijke combinaties te identificeren.
Kunstmatige intelligentie en nanotechnologie voor ultra-presterende materialen
Dankzij kunstmatige intelligentie heeft het team duizenden potentieel ontwerp gegenereerd en ze testen met Analyse van de voltooide elementeneen computationele techniek die het gedrag van materialen onder stress simuleert. Het algoritme perfectioneerde vervolgens de structuren, optimalisatie Weerstand en stijfheid zonder het gewicht te vergroten.
Seconde Peter Serleseerste auteur van de studie gepubliceerd op Geavanceerde materialende ontworpen dwergmaterialen worden benut door het principe van “Hoe kleiner het is, hoe sterker het wordt”het creëren van structuren met een van de beste weerstand/gewichtsrelaties ooit verkregen. Traditionele roostergeometrieën aanwezig echter Hoeken en kruispunten die stress concentreren, veroorzaakt Vroege breuken.
Machine learning heeft het mogelijk gemaakt om dit probleem op te lossen en nieuwe geometrieën te identificeren die de stress beter kunnen verdelen. Zodra de meest veelbelovende ontwerpen zijn geselecteerd, hebben de onderzoekers ze in 3D afgedrukt met Twee fotonenpolymerisatieeen technologie die in staat is om structuren te maken nanometrische precisie.
De verkregen microstructuren, samengesteld uit Zeer dunne koolstof draden (300-600 nanometer in diameter)werden toen onderworpen aan pyrolyseeen thermisch proces a 900 ° C in stikstofatmosfeerdie het polymeer omzette in Ultra-resistente glazen koolstof.
Een meer resistent materiaal dan het titanium en tien keer sterker dan aluminium
De tests toonden aan dat deze geoptimaliseerde nanoreticols Bied meer dan dat aan dubbele In vergelijking met eerder ontwerp, het bereiken van een uitsplitsing van 2.03 megapascal per kubieke meter per kilogram dichtheid.
Om deze gegevens te contextualiseren:
- Ik ben 10 keer meer resistent van veel lichte aluminiumlegeringen.
- Ze overtreffen 5 keer de weerstand van het titanium.
Het geheim van hun buitengewone weerstand ligt in het gedrag van Koolstof op nanometrische schaal. Wanneer de afmetingen van de filamenten worden teruggebracht tot 300 nanometer, organiseren koolstofatomen zich in één Hoge zuiverheidsstructuurmet de 94% van de SP² -obligatiesvergelijkbaar met die van grafiet, die overleggen Uitzonderlijke stijfheid en weerstand.
Toekomstige toepassingen: van ruimtevaart tot duurzaam transport
De implicaties van deze ontdekking zijn enorm. Ultra-lichte en superbestendige componenten kunnen een revolutie teweegbrengen in de productie van Vliegtuigen, helikopters en ruimtevoertuigenhet aanzienlijk verminderen van de brandstofverbruik en emissies.
Volgens Serles kan het vervangen van de titaniumdelen van een vliegtuig door dit materiaal geld besparen 80 liter brandstof per jaar voor elk kilogram vervangen materiaal.
De volgende stap voor de onderzoekers zal zijn Beklimproductie Om macroscopische componenten te maken tegen duurzame kosten, terwijl u nieuwe geometrieën verkent om te verkrijgen Zelfs lichtere en uitvoerende materialen.
Deze innovatie, gepubliceerd op Geavanceerde materialenmarkeert een keerpunt in de wetenschap van materialen, met mogelijke toepassingen in sectoren variërend vanluchtvaart bij de roboticatot de geneesmiddel.
