این نانو مواد جدید استحکام فولاد را با وزنی بسیار سبک دارند

محققان دانشگاه تورنتو، نانو مواد جدیدی با استحکام فولاد و وزنی سبک توسعه داده‌اند که می‌تواند صنایع مختلف از خودروسازی تا هوافضا را متحول کند.

به گزارش تک‌ناک، پیتر سرلز، نویسنده اول این تحقیق گفته است که نانو مواد مهندسی‌شده، از شکل‌های خاصی استفاده می‌کنند که عملکرد بالایی دارند. این مواد از اصل «کوچک‌تر قوی‌تر است» پیروی می‌کنند تا یکی از بالاترین نسبت‌های استحکام به وزن و سفتی به وزن را در میان تمام مواد داشته باشند.

اما با وجود تمام این مزایا، یک مشکل بزرگ وجود دارد و آن هم تمرکز تنش‌ها است. اشکال هندسی استاندارد شبکه‌های نانو اغلب دارای گوشه‌ها و تقاطع‌های تیز هستند، که باعث تمرکز تنش و در نتیجه شکست و خرابی سریع مواد می‌شود. این موضوع پتانسیل کلی مواد را محدود می‌کند.

استفاده از یادگیری ماشینی برای حل چالش‌ها

سرلز عنوان کرد: «وقتی به این چالش فکر می‌کردم، فهمیدم که این مشکل، فرصتی عالی برای استفاده از فناوری یادگیری ماشینی است.»

سرلز و همکاران او از دانشگاه تورنتو، به همراه پروفسور سئونگ‌هوا ریوی و جینووک یئو از مؤسسه علوم و فناوری کره (KAIST)، با همکاری یکدیگر، راه حلی نوین برای بهینه‌سازی اشکال هندسی نانو پیدا کردند.

آنها از الگوریتم بهینه‌ساز بیزی چندهدفه استفاده کردند، که با شبیه‌سازی اشکال هندسی مختلف، بهترین طراحی‌ها را برای توزیع بهتر تنش و بهبود نسبت استحکام به وزن پیش‌بینی می‌کند.

این الگوریتم، با بهره‌گیری از تعداد داده‌های محدود (فقط ۴۰۰ داده) توانسته است پیش‌بینی‌هایی دقیق و مبتنی بر کیفیت داده‌ها ارائه دهد.

اجزای فوق‌سبک برای آینده‌ای پایدار

این طراحی‌های جدید نه تنها به نانو مواد امکان می‌دهند که عملکرد فوق‌العاده‌ای داشته باشند، بلکه می‌توانند در صنایع حیاتی مانند هوافضا نقش‌آفرینی کنند، که نیاز به اجزای سبک و مقاوم دارند.

به عنوان مثال، در صورتی که اجزای ساخته‌شده از تیتانیوم در هواپیماها با این مواد جدید جایگزین شوند، هر کیلوگرم کاهش وزن می‌تواند باعث صرفه‌جویی ۸۰ لیتر سوخت در سال شود.

سرلز در این باره گفت: «این پیشرفت می‌تواند به طور قابل توجهی در مصرف سوخت صرفه‌جویی کند و اثرات منفی زیست‌محیطی پروازها را کاهش دهد.»

گام بعدی: مقیاس‌پذیری نانو مواد و تولید انبوه

محققان هنوز با وجود این پیشرفت‌ها، در تلاش‌ هستند تا مقیاس‌پذیری این مواد را بهبود بخشند و آنها را برای تولید انبوه آماده کنند. هدف این است که اجزای مقیاس بزرگ و مقرون به صرفه‌ای تولید شوند، که بتوانند در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرند.

این کشف آغازگر راهی است که می‌تواند آینده‌ای سبک‌تر، مقاوم‌تر و پایدارتر را برای صنایع مختلف به ارمغان بیاورد.