MY.UAНовости
Сверхлегкий материал, прочнее титана ─ ИИ рассчитал оптимальную структуру
Сверхлегкий материал, прочнее титана ─ ИИ рассчитал оптимальную структуру

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 прочностью и жесткостью при минимальном весе.

Многоцелевая Байесова оптимизация для генеративной конструкции углеродных нанорешеток с высокой жесткостью и прочностью при низкой плотности / Advanced Materials

Отобранные конструкции исследователи воспроизвели физически с помощью двухфотонной полимеризации — метода 3D-печати с нанометровой точностью.

Они создали решетки, состоящие из структур толщиной всего от 300 до 600 нм. Затем эти решетки (6,3×6,3×3,8 мм), состоящие из 18,75 млн отдельных клеток, подвергали пиролизу — нагреванию до 900°C в среде азота, что превращало полимер в стекловидный углерод.

Спецпроекты

Оптимизированные нанорешетки более чем вдвое увеличили прочность предыдущих конструкций. Они выдержали нагрузку 2,03 мегапаскаля на кубический метр на килограмм плотности. В перспективе это более чем в 10 раз превосходит прочность многих легких материалов, таких как алюминиевые сплавы или углеродное волокно. Они также в 5 раз прочнее титана.

«Это первый случай, когда машинное обучение использовано для оптимизации наноструктурированных материалов, и результаты нас поразили», — говорит Серлс. «ИИ не просто повторял известные удачные геометрии, а создавал совершенно новые эффективные формы.»

Интересно, что чем меньше нанорешетки, тем они прочнее. Это связано с «эффектом размера» — явлением, при котором материалы на чрезвычайно малых масштабах ведут себя иначе.

Ученые обнаружили, что при уменьшении диаметра углеродных балок до 300 нанометров их прочность резко возрастала. Это объясняется тем, что на наноуровне атомы углерода выстраиваются в структуры, которые обеспечивают максимальную жесткость. Внешний слой балок состоял на 94% из sp²-связанного углерода, который известен своей исключительной прочностью. Благодаря этому материал выдерживает огромные нагрузки, не ломаясь.

Практическое применение

Этот прорыв может значительно изменить аэрокосмическую отрасль, производство самолетов, вертолетов и космических аппаратов. Более легкие детали позволят уменьшить расход топлива и сократить выбросы.

«Например, замена титанового компонента самолета на наш материал может сэкономить 80 литров топлива в год на каждый килограмм замененного материала», — отмечает Серлс.

Исследователи планируют масштабировать свои разработки для коммерческого использования. Их следующие шаги будут направлены на создание полноценных конструкций с этими материалами, сохраняя их прочность и легкость. Также планируется продолжать поиск новых конструкций, которые позволят еще больше уменьшить плотность материала без потери прочности.

Источник: zmescience

Поделиться
Поделиться сюжетом
Источник материала
Частина жителів Олешків відмовилася від евакуації попри голод і небезпеку – журналіст
Лига
2026-11-01T19:27:22Z
Поїздки зриваються: прикордонники розвертають супровідників осіб з інвалідністю
Знай
2026-10-31T21:45:56Z
З’їв десерт — і помер: турист помер через фатальну помилку в кафе
TSN
2026-10-21T19:51:48Z
Складніша за «Герань»: військовий аналітик пояснив, чим небезпечна нова російська ракета
TSN
2026-11-01T19:06:24Z
Правила бронювання оновили: хто втратить відстрочку вже до кінця року
Знай
2026-11-01T20:51:44Z
Статус військовозобов'язаного: облік у ТЦК із 25 до 65 років, жінки-медики - теж
Политека
2026-11-01T20:30:58Z
Північна Корея представила ракетну систему, здатну вражати цілі на відстані до 400 км
iPress
2026-11-01T18:51:52Z
Маск звинуватив ЗСУ в порушенні правил Starlink та заявив про обмеження
ГЛАВКОМ NET
2026-10-24T22:01:50Z
Мобілізація в Україні: коли можуть направити на ВЛК попри відстрочку
Политека
2026-10-21T20:00:10Z
Не віддамо те, що вони не змогли захопити: Зеленський про територіальні ультиматуми Кремля через США
TSN
2026-11-01T18:36:57Z
«Чого вони бояться»: Зеленський відповів на забаганки Путіна та висміяв вимогу РФ
GlavRed
2026-11-01T19:21:16Z
Спецназ Швеції провів рейд на пов'язаному з рф кораблі в Балтійському морі
iPress
2026-11-01T18:27:40Z
Рубіо озвучив головну вимогу Росії для завершення війни
ГЛАВКОМ NET
2026-10-24T00:43:55Z
Трамп хоче перекроїти коаліції в Європі — The Atlantic
ZN UA
2026-11-01T20:42:27Z
Політолог, який працював в адміністрації Ющенка, здивував своїм виступом на «Голосі країни»
ГЛАВКОМ NET
2026-11-01T20:36:32Z
"Усі згодні з рішенням": Трамп заговорив про "пекельні санкції" проти РФ після повернення Габбарда до США
TSN
2026-10-22T18:55:53Z
Саміт на трьох не потрібен Пекіну: експерт розкрив, чому план Кремля вийти з ізоляції провалився
24tv
2026-10-21T20:21:23Z
Підірвали генерала Сарварова: агент ГУР "Фома" створив мережу, яка стежить за офіцерами РФ
Фокус
2026-10-23T20:07:00Z
Який птах відповідає вашому місяцю народження та що він символізує
TSN
2026-10-22T09:21:18Z
Що означає банка із сіллю біля входу: давня традиція та її сенс
GlavRed
2026-10-27T15:27:13Z
Одна хитрість допоможе зберегти сушені гриби надовго: що покласти в банку
GlavRed
2026-10-21T20:21:40Z
Погляньте на ці рослини: вони підкажуть ідеальне місце для свердловини
24tv
2026-10-21T19:27:59Z
Великі зміни на порозі: три знаки китайського зодіаку залишать проблеми в минулому
GlavRed
2026-11-01T20:48:50Z
Гороскоп для Тельця на тиждень з 2 по 8 листопада: коли варто змінити темп дій
Политека
2026-11-01T20:12:25Z
Простоять усю зиму і не запліснявіють: як правильно сушити гриби
GlavRed
2026-10-22T23:42:49Z
Гороскоп на 27 жовтня: якому знаку зірки радять тримати гаманець закритим
Знай
2026-10-27T04:12:50Z
Тут катаються на вулкані з дошки, а в озері плавають акули: цікава країна, про яку мало хто знає
24tv
2026-10-21T19:42:45Z
У Києві чоловік помер під час лікування зубів, дружина подала позов на клініку
ГЛАВКОМ NET
2026-11-01T18:09:10Z
Ракети вдарили по заводу "Протон" у Орлі: можливе влучання "Фламінго" чи Storm Shadow
Фокус
2026-10-23T16:46:25Z
Смертельна ДТП у Бабаях: виїзд із другорядної дороги призвів до загибелі двох людей
Мій Харків
2026-10-22T11:43:17Z
В Росії розбився винищувач Су-30СМ — перші деталі
TSN
2026-10-21T17:12:04Z
Росіяни вдарили по передмістю Харкова: постраждали 11 людей
Мій Харків
2026-11-01T20:42:04Z
На Мінському масиві в Києві спалахнула пожежа в багатоповерхівці
ГЛАВКОМ NET
2026-11-01T20:24:59Z
На Кіровоградщині засудили адміністратора Telegram-спільноти про ТЦК
InternetUA
2026-10-22T20:43:00Z
Безпілотник Норвегії впав у Польщі: що відомо
ГЛАВКОМ NET
2026-10-21T21:54:17Z
Кількість постраждалих через удар по гуртожитку в Козятині зросла: у будівлі проживали внутрішньо переміщені особи
Gazeta UA
2026-11-01T20:21:35Z
Брітні Спірс збентежила фанатів: показала танець у прозорому спідньому
Фокус
2026-10-22T07:36:17Z
"Збираю себе докупи": Ірина Федишин показала перше фото з лікарні після втрати доньки
24tv
2026-10-21T19:21:37Z
Розлучився після 25 років шлюбу: легенда "Ліверпуля" заручився із моделлю, молодшою на 16 років
Фокус
2026-10-21T18:33:33Z
"Не холостяк": Цимбалюк ефектно привів свою кохану на "Голос країни" і відповів на питання про весілля
Фокус
2026-10-26T02:49:05Z
Колишня кохана Андрія Хливнюка Наталію Гоцій закрутила роман з російським олігархом
Вива
2026-11-01T20:54:11Z
Могилевська розплакалась на "Голосі" від пісні Скрябіна і з трепетом згадала покійного музиканта
TSN
2026-11-01T20:36:56Z
Відомий український продюсер захворів на рак: як він дізнався діагноз
Вива
2026-10-21T18:18:08Z
Стас Шурінс вперше за багато років з'явився на публіці: який зараз вигляд має 36-річний співак
TSN
2026-10-25T11:36:04Z
Софія Ротару звернулась російською до покійного чоловіка
Фокус
2026-10-23T12:33:51Z
Ford інтригує поверненням Escape: авто можуть запустити у 2029 році як електричний кросовер
Фокус
2026-10-28T18:21:29Z
Електромобіль як основне авто: що варто продумати до покупки
Топ Жир
2026-10-22T14:00:36Z
Сімейний кросовер став майже спорткаром: Toyota показала незвичну автівку Crown Signia GT-S
Фокус
2026-10-29T16:42:56Z
Mitsubishi воскресила Lancer Evolution: спорткар замінили електрокросовером чужого бренду
Фокус
2026-10-27T18:18:16Z
Легендарна команда бойкотуватиме Гран-прі Катару
ГЛАВКОМ NET
2026-11-01T17:45:17Z
Тріо іспанців склало подіум Мото Гран-прі Малайзії
ГЛАВКОМ NET
2026-11-01T16:03:47Z
Капсулу часу ВАЗ-2109 1988 року з пробігом лише 2000 км продають у Дніпрі
Топ Жир
2026-10-22T17:54:29Z
Ігнорувати не можна: що потрібно зробити восени, щоб підготувати авто до зими
GlavRed
2026-10-21T17:18:42Z
Ford розробив систему, яка ховатиме авто від крадіїв
ГЛАВКОМ NET
2026-10-28T02:48:09Z
"Мені боляче": Alyona Alyona показала живіт після зменшення шлунка
GlavRed
2026-10-26T08:55:38Z
Пийте каву правильно — житимете довше: дослідники виявили важливу закономірність
TSN
2026-10-18T21:21:58Z
Садівників закликали обприскати троянди молоком у жовтні – у чому причина
GlavRed
2026-10-26T11:27:50Z
Німецький метод проти конденсату: просто, дешево та ефективно для кожного
GlavRed
2026-10-26T17:06:22Z
Чи справді сауна омолоджує: вчені показали, що відбувається з організмом після 30 хвилин спеки
TSN
2026-11-01T17:36:34Z
Ви рахуєте гроші. Однак чи знаєте свій баланс здоров’я?
ZN UA
2026-11-01T15:00:56Z
Не можете заснути вночі?: 5 незвичних способів проти безсоння
TSN
2026-10-21T16:21:13Z
Один невдалий рух загрожує інсультом: що насправді відбувається, коли ви хрустите шиєю
TSN
2026-10-20T21:21:02Z
Ці повсякденні звички можуть скоротити ваше життя на роки
TSN
2026-10-25T20:48:31Z
Погода в Україні на тиждень: 2 – 8 листопада 2026 року
ГЛАВКОМ NET
2026-11-01T18:03:28Z
Київ під ударом балістики, лунають вибухи: перші деталі
TSN
2026-10-21T19:51:52Z
Дрова можуть зіпсуватися навіть у дровітні: скільки років їх можна зберігати
GlavRed
2026-10-22T01:24:28Z
Київ здригнувся від вибухів: що відомо про нічну балістичну атаку
Фокус
2026-10-21T23:46:18Z
191 бій за добу: лінія фронту станом на 1 листопада 2026
ГЛАВКОМ NET
2026-11-01T20:27:32Z
Епідемія в Києві: чому оцінка ризиків не означає прогноз спалаху
ZN UA
2026-11-01T19:51:28Z
Знову атака балістики серед ночі: у Києві пролунала серія вибухів
24tv
2026-10-21T23:12:59Z
Відомий гуморист розповів, який найсмішніший позивний у його бригаді
ГЛАВКОМ NET
2026-11-01T19:15:39Z
Харків 1 листопада: 153 удари за жовтень, старт опалення
Мій Харків
2026-11-01T18:36:48Z
Світло вимикатимуть із самого ранку: як діятимуть графіки 25 жовтня
GlavRed
2026-10-24T20:49:00Z
Яйця в Польщі коштують удвічі дорожче: за які продукти українці платять більше
Знай
2026-11-01T20:24:28Z
Дитячі виплати в Україні: з 2027 року суми зростуть майже вдвічі - хто та як отримає більше грошей
Политека
2026-11-01T19:30:18Z
Світло вимикатимуть майже весь день: які графіки діятимуть в областях 2 листопада
TSN
2026-11-01T19:18:16Z
Перекази в євро подешевшають: наскільки знизяться тарифи
Политека
2026-11-01T18:00:32Z
Вкрадені під час протестів у Франції товари продають на Vinted
InternetUA
2026-11-01T17:51:49Z
«Газпром» на межі банкрутства. Китай відмовляється рятувати
ГЛАВКОМ NET
2026-11-01T17:24:05Z
Ціни на м'ясо впали: скільки тепер коштує кілограм
Политека
2026-11-01T17:00:52Z
Неймовірний ККД: як реально заощадити на опаленні дровами
GlavRed
2026-11-01T16:48:28Z
Як зарядити телефон, коли немає світла: експерти розповіли про п'ять альтернативних способів
Политека
2026-10-21T19:21:26Z
Відома блогерка показала не те фото: її виправдання насмішило ще більше
Фокус
2026-10-23T11:12:47Z
Недорогі зарядні станції для ноутбука: 3 найкращі моделі осені 2026 року
Фокус
2026-11-01T20:57:38Z
Кладовище ШІ: які гучні проєкти гігантів не вижили у гонці технологій
InternetUA
2026-11-01T20:27:09Z
Одна з найкращих зарядних станцій для дому: переваги та недоліки Anker Solix C1000X Gen2
Фокус
2026-11-01T20:21:55Z
Samsung висміює дефект дисплея iPhone Duo
InternetUA
2026-11-01T19:36:35Z
Як 65 холодильників: стало відомо, який побутовий прилад споживає найбільше електроенергії
TSN
2026-11-01T19:18:37Z
США розробляють невидимий дрон, що може літати понад 60 годин
InternetUA
2026-11-01T18:51:09Z
Від скумбрії до Мівіни: українці відверто зізналися, від яких улюблених товарів довелося відмовитися через ціни
TSN
2026-11-01T17:06:18Z
Фонсека залишить Ліон заради повернення до Португалії
Football.ua
2026-11-01T20:51:43Z
Бернлі встановив антирекорд англійського футболу за тривалістю серії без домашніх перемог
Football.ua
2026-11-01T20:27:12Z
Відбулося жеребкування 1/8 фіналу Кубка Німеччини-2026/27
Football.ua
2026-11-01T20:24:55Z
Величезна сенсація: дебютант Альмгрен виграв престижний марафон у Нью-Йорку
ГЛАВКОМ NET
2026-11-01T20:15:55Z
Українські клуби продають футболістів за шалені суми: хто в топі найдорожчих трансферів
Знай
2026-11-01T20:06:17Z
Лаціо вперше в історії виграв дев'ять із перших десяти матчів Серії А
Football.ua
2026-11-01T20:00:05Z
Ліверпуль — Арсенал 0:1 Відео гола та огляд матчу АПЛ
Football.ua
2026-11-01T19:54:01Z
Українська легкоатлетка-військова стала мамою
ГЛАВКОМ NET
2026-11-01T19:45:51Z
Гаттузо: Без командного духу Лаціо стає звичайною командою
Football.ua
2026-11-01T19:33:50Z