Сверхлегкий материал, прочнее титана ─ ИИ рассчитал оптимальную структуру

Исследователи из Университета Торонто разработали уникальный материал, совместив машинное обучение (ИИ) с нанотехнологиями. Это открытие может кардинально изменить целые отрасли, от аэрокосмической до автомобильной промышленности.

Инженеры десятилетиями пытались создать материалы, которые были бы одновременно легкими и чрезвычайно прочными. Это особенно важно в аэрокосмической сфере, где даже незначительное уменьшение веса может существенно сэкономить топливо и улучшить эффективность. Традиционные материалы, такие как алюминий и титан, имеют свои ограничения, а углеродное волокно, хоть и революционное, не является идеальным решением.

Канадские ученые решили использовать наноструктурированные материалы, которые имитируют природные формы, такие как кости, ракушки или соты. Они создали геометрии, которые равномерно распределяют нагрузку, избегая слабых мест, где может начаться разрушение.

Чтобы найти оптимальные формы, исследователи применили Байесовую оптимизацию — метод машинного обучения, который помогает выбирать лучший вариант среди множества возможных. Они использовали данные из тысяч компьютерных симуляций, чтобы определить наиболее эффективные формы для своих карбоновых нанорешеток.

Как работает технология?

«Наноархитектурные материалы сочетают высокоэффективные формы, подобные треугольным конструкциям в мостах, но на наноуровне, что позволяет достичь рекордного соотношения прочности к весу», — объясняет Питер Серлс, главный автор исследования.

Алгоритм создал тысячи возможных конструкций, которые тестировались в виртуальной среде с помощью метода конечных элементов (расчетов на прочность). Затем компьютерная программа постепенно совершенствовала эти конструкции, пока не нашла оптимальные структуры с максимальной