นาโนวัสดุใหม่ที่พัฒนาโดย AI เบากว่าและแข็งแกร่งกว่าไททาเนียม

TechSpot รายงานว่า นักวิทยาศาสตร์ จากคณะวิทยาศาสตร์ประยุกต์และวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยโตรอนโต (แคนาดา) ได้ประยุกต์ใช้อัลกอริทึมการเรียนรู้ของเครื่อง (machine learning algorithms) เพื่อสร้างวัสดุนาโนที่มีความทนทานสูงแต่มีน้ำหนักเบา เทคโนโลยีนี้มีศักยภาพที่จะส่งผลกระทบอย่างมากต่อสาขาต่างๆ เช่น ยานยนต์ การบิน และอวกาศ

ทีมวิจัยซึ่งนำโดยศาสตราจารย์โทบิน ฟิลเลเตอร์ ได้ออกแบบโครงสร้างนาโนพิเศษที่มีขนาดเล็กเพียงไม่กี่ร้อยนาโนเมตร ซึ่งเล็กมากจนต้องใช้โครงสร้างมากกว่า 100 ชิ้นเรียงซ้อนกันเพื่อให้ได้ความหนาเท่ากับเส้นผมมนุษย์ วัสดุเหล่านี้ประกอบด้วยบล็อกขนาดเล็กที่เรียงซ้อนกัน ทำให้สามารถปรับแต่งคุณสมบัติต่างๆ ได้อย่างยืดหยุ่น

วัสดุนาโนขั้นสูงสุดที่พิมพ์โดยใช้เทคโนโลยี 3D สองโฟตอน มีความแข็งแรงมากกว่าไททาเนียมถึง 5 เท่า แต่มีน้ำหนักเบาจนลอยบนฟองอากาศได้

ภาพ: ข่าวสารวิศวกรรม UOFT

นี่เป็นครั้งแรกที่มีการใช้ปัญญาประดิษฐ์ (AI) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพนาโนวัสดุที่มีสถาปัตยกรรมที่ซับซ้อน ปีเตอร์ เซอร์ลส์ หัวหน้าทีมวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Advanced Materials ระบุว่า อัลกอริทึมนี้ไม่เพียงแต่จำลองโครงสร้างที่มีอยู่เดิมเท่านั้น แต่ยังเรียนรู้จากการเปลี่ยนแปลงรูปร่างเพื่อคาดการณ์โครงสร้างใหม่ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ทีมวิจัยได้ใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบสองโฟตอนเพื่อสร้างต้นแบบวัสดุ และประสบความสำเร็จในการสร้างโครงตาข่ายนาโนคาร์บอนที่ปรับให้เหมาะสมในระดับไมโครและนาโน การออกแบบเหล่านี้มีความแข็งแรงมากกว่ารุ่นก่อนหน้ามากกว่าสองเท่า ทนทานต่อแรงเค้นได้มากถึง 2.03 เมกะปาสกาลต่อลูกบาศก์เมตรของวัสดุ ซึ่งแข็งแรงกว่าไทเทเนียมประมาณห้าเท่า

ศักยภาพในการนำไปประยุกต์ใช้วัสดุนี้มีหลากหลาย ศาสตราจารย์ฟิลเลเตอร์เชื่อว่าอุตสาหกรรมการบินสามารถใช้วัสดุนี้เพื่อผลิตชิ้นส่วนน้ำหนักเบาพิเศษสำหรับเครื่องบิน เฮลิคอปเตอร์ และยานอวกาศได้ ทีมวิจัยประเมินว่าการเปลี่ยนชิ้นส่วนไทเทเนียมบนเครื่องบินด้วยวัสดุใหม่นี้จะช่วยประหยัดเชื้อเพลิงได้ประมาณ 80 ลิตรต่อปีสำหรับวัสดุทุกกิโลกรัมที่เปลี่ยน ซึ่งจะช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนจากอุตสาหกรรมการบินได้อย่างมาก

โครงการนี้ผสมผสานสาขาต่างๆ ตั้งแต่วิทยาศาสตร์วัสดุ การเรียนรู้ของเครื่องจักร เคมี ไปจนถึงกลศาสตร์ โดยมีพันธมิตรจากสถาบันเทคโนโลยีคาร์ลสรูเออ (เยอรมนี) สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) และมหาวิทยาลัยไรซ์ (สหรัฐอเมริกา) เข้าร่วมด้วย ในอนาคต ทีมวิจัยจะขยายการผลิตและทดสอบวัสดุเมทริกซ์ใหม่ๆ อย่างต่อเนื่อง เพื่อลดน้ำหนักโดยยังคงรักษาความแข็งแรงและความแข็งไว้ได้สูง

ที่มา: https://thanhnien.vn/vat-lieu-nano-moi-duoc-phat-trien-nho-ai-nhe-va-ben-hon-ca-titan-185250208091930271.htm