هوش مصنوعی یک نانوماده کربنی فوق سبک را طراحی کرده است که به اندازه فولاد استحکام دارد!

تیمی از محققان در کانادا با استفاده از یادگیری ماشین، نانوشبکه‌های کربنی با استحکام بسیار بالا ایجاد کرده‌اند که منجر به ماده‌ای می‌شود که به اندازه فولاد کربنی استحکام داشته، اما فقط به اندازه یونولیت چگالی دارد!

این تیم ماه گذشته اشاره کرد که این اولین بار است که این شاخه از هوش مصنوعی برای بهینه‌سازی مواد نانوساختار استفاده می‌شود. پیتر سرلز از دانشگاه تورنتو، یکی از نویسندگان مقاله توصیف‌کننده این کار در مجله Advanced Materials، این رویکرد را ستود و گفت:

این روش نه تنها هندسه‌های موفق را از داده‌های آموزشی تکرار نکرد، بلکه از تغییراتی که در اشکال جواب داد و آنچه جواب نداد، آموخت و آن را قادر ساخت تا هندسه‌های شبکه‌ای کاملاً جدید را پیش‌بینی کند!

برای جمع‌بندی سریع، نانومواد با چیدمان اتم‌ها یا مولکول‌ها در الگوهای دقیق، درست مانند ساخت سازه‌ها با بلوک‌های لگو بسیار کوچک، مهندسی می‌شوند. این مواد اغلب به دلیل ابعاد نانومقیاس خود، خواص منحصر‌به‌فردی از خود نشان می‌دهند.

این اتم‌ها یا مولکول‌ها در الگوهای سه‌بعدی تکراری که به عنوان شبکه‌ها شناخته می‌شوند، چیده می‌شوند. یک شبکه از نقاط با فاصله منظم (به نام نقاط شبکه) تشکیل شده است که ساختار دوره‌ای ماده را تعریف می‌کنند. این آرایش منظم بر خواص فیزیکی، شیمیایی و الکترونیکی ماده تأثیر می‌گذارد.

محققان با تیمی در کره جنوبی همکاری و از آنچه به عنوان الگوریتم یادگیری ماشین بهینه‌سازی بیزی چند هدفه شناخته می‌شود، استفاده کردند. نقش آن پیش‌بینی بهترین هندسه‌های ممکن برای افزایش توزیع تنش و بهبود نسبت استحکام به وزن برای رسیدن به یک نانومعماری جدید بود.

در مرحله بعد، آنها از یک چاپگر سه بعدی پلیمریزاسیون دو فوتونی برای ایجاد یک نمونه اولیه دقیق در مقیاس نانو با استفاده از یک فناوری ساخت افزودنی با وضوح بالا استفاده کردند. گفته می‌شود دستگاهی که آنها استفاده کردند – Nanoscribe Photonic Professional GT2 – صدها هزار دلار قیمت دارد.

نانوشبکه‌هایی که آنها تولید کردند، پنج برابر بیشتر از تیتانیوم در برابر تنش مقاومت کردند. این امر منجر به یک ماده قوی، سخت و در عین حال سبک شد که به‌طور بالقوه می‌تواند در صنایع هوافضا مورد استفاده قرار گیرد.

سرلز خاطرنشان کرد:

اگر قرار باشد اجزای ساخته شده از تیتانیوم را در یک هواپیما با این ماده جایگزین کنید، به ازای هر کیلوگرم ماده‌ای که جایگزین می‌کنید، صرفه‌جویی سوخت ۸۰ لیتری در سال را شاهد خواهید بود.

این تیم قصد دارد به کار خود برای توسعه مواد حتی قوی‌تر و با چگالی کمتر به این ترتیب ادامه دهد و همچنین راه‌هایی را برای تولید قطعات با این طرح‌های مواد بدون صرف هزینه‌های گزاف پیدا کند.

منبع: Newatlas