Novo material maravilha projetado pela IA é tão leve quanto a espuma, mas tão forte quanto o aço
Os cientistas usaram inteligência artificial (Ai) projetar nanomateriais nunca antes vistos com a força do aço carbono e a leveza do isopor.
Os novos nanomateriais, fabricados usando aprendizado de máquina e uma impressora 3D, mais que dobraram a força dos projetos existentes. Os cientistas por trás do novo estudo disseram que poderiam ser usados em componentes mais fortes, mais leves e com mais eficiência de combustível para aviões e carros. Eles publicaram suas descobertas em 23 de janeiro na revista Materiais avançados.
“Esperamos que esses novos projetos de materiais eventualmente levem a componentes de peso ultra-light em aplicações aeroespaciais, como aviões, helicópteros e naves espaciais que podem reduzir as demandas de combustível durante o vôo, mantendo a segurança e o desempenho”, co-autor Filés de Tobinprofessor de engenharia na Universidade de Toronto, disse em comunicado. “Isso pode ajudar a reduzir a alta pegada de carbono de voar”.
Em muitos materiais, a resistência e a resistência geralmente podem estar em desacordo. Pegue um prato de jantar de cerâmica, por exemplo: enquanto as placas geralmente são fortes e podem carregar cargas pesadas, sua força tem o custo da resistência – não é preciso muita energia para fazê -los quebrar.
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O mesmo problema se aplica a materiais nano-arquiteturados, cuja construção a partir de multidões de pequenos blocos de construção repetidos 1/150 A espessura de um cabelo humano os torna fortes e rígidos pelo seu peso, mas também pode causar concentrações de estresse que levam a quebras repentinas. Até agora, essa tendência a quebrar limitou as aplicações dos materiais.
“Enquanto pensava sobre esse desafio, percebi que é um problema perfeito para o aprendizado de máquina para enfrentar”, primeiro autor-autor Peter serádisse um pesquisador de engenharia da Caltech, no comunicado.
Para procurar maneiras melhores de projetar nanomateriais, os pesquisadores simularam possíveis geometrias para seu design antes de passar por um algoritmo de aprendizado de máquina. Ao aprender com os projetos que eles geraram, o algoritmo foi capaz de prever as melhores formas que distribuiriam uniformemente tensões aplicadas e também carregavam uma carga pesada.
Com essas formas em mãos, os pesquisadores usaram uma impressora 3D para criar seus novos nanoláticos, descobrindo que podiam suportar uma tensão de 2,03 megapascais para cada metro cúbico por quilograma – uma força cinco vezes maior que o titânio.
“Esta é a primeira vez que o aprendizado de máquina foi aplicado para otimizar materiais nano-arquitetados, e ficamos chocados com as melhorias”, disse Serles. “Ele não apenas replicou geometrias bem -sucedidas dos dados de treinamento; aprendeu com o que muda para as formas funcionou e o que não funcionou, permitindo que eles prevejam geometrias de rede totalmente novas”.
Os pesquisadores disseram que suas próximas etapas se concentrarão em dimensionar os materiais até que possam ser usados para criar componentes maiores, além de procurar projetos ainda melhores usando seu processo. O objetivo principal é projetar componentes muito mais leves e mais fortes para veículos no futuro.
“Por exemplo, se você substituísse os componentes feitos de titânio em um avião com esse material, estaria analisando a economia de combustível de 80 litros por ano para cada quilograma de material que você substitui”, disse Serles.
