Создан наноматериал для самолетов в 80 раз прочнее стали

Наноархитектурные материалы давно известны ученым, но сложны в практическом применении. Проблему удалось решить, применив машинное обучение к проектированию этих наноструктур.
Создан наноматериал для самолетов в 80 раз прочнее стали
Carol M Highsmith — rawpixel
Исследователи из Университета Торонто в сотрудничестве с Корейским передовым институтом науки и технологий (KAIST) разработали наноархитектурные материалы, сочетающие в себе прочность углеродистой стали и легкость пенопласта.

Состоящие из углерода и объединенные в сложные трехмерные структуры, называемые нанорешетками, эти материалы могли бы произвести революцию в таких отраслях, как аэрокосмическая и автомобильная, став сверхлегкой и высокопрочной заменой титану, алюминию и даже углепластикам.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Могли бы – если...

При всех своих достоинствах, эти материалы имеют свои недостатки. Наноархитектура дня сегодняшнего напоминает мостовые конструкции в миниатюре: она построена из треугольников. Такие формы часто страдают от концентрации напряжения на острых углах, что приводит к их преждевременному разрушению. Эта проблема ограничивает их практическое применение в больших масштабах.

наноматериал для самолета
Fitzer - UoT
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Машинное обучение к этой проблеме применяют впервые

«Когда я думал об этой проблеме, то осознал: вот идеальная задача для машинного обучения», – цитирует пресс-релиз университета Торонто ведущего автора исследования Питера Серлеса.

Однако традиционные подходы машинного обучения требуют огромных массивов данных и объемов вычислений.

Чтобы решить эту проблему, команда ученых использовала алгоритм машинного обучения с многоцелевой байесовской оптимизацией. Этому алгоритму понадобилось всего 400 высококачественных точек данных, чтобы предсказать новые, более эффективные геометрии решеток.

Так удалось проанализировать уже смоделированные геометрии и оптимизировать распределение напряжений, улучшив соотношения прочность-масса и твердость-масса.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
nanomaterial foam
Fitzer - UoT

Следующий шаг – масштабировать созданные образцы

При всех достоинствах, новый материал должен быть пригодным для массового и дешевого производства довольно крупных деталей, только тогда он найдет применение в авиации, космонавтике, строительстве и других отраслях.

Над этим команда ученых сейчас работает. Оно того стоит: если, скажем, титановые детали самолета заменить на такие материалы, на каждом килограмме сэкономленного веса можно будет сократить расход топлива на 80 литров в год, отмечают авторы.