Yapay zeka ile titanyumdan daha hafif ve daha güçlü nanomalzemeler oluşturuldu

Toronto Üniversitesi Uygulamalı Bilimler ve Mühendislik Fakültesi’nden araştırmacılar, makine öğrenimini kullanarak çelik kadar sağlam, ancak strafor kadar hafif nanomalzemeler geliştirdi. Bu yenilik, otomotivden havacılığa kadar birçok sektörde büyük bir değişime yol açabilir.

Profesör Tobin Filleter liderliğindeki ekip, olağanüstü mukavemet, hafiflik ve özelleştirilebilirlik sunan nanomalzemeler tasarlamayı başardı. Bu malzemeler, yalnızca birkaç yüz nanometre çapında tekrarlayan küçük yapı taşlarından oluşuyor. Karşılaştırma yapmak gerekirse, 100 tanesi yan yana dizildiğinde ancak bir insan saç telinin kalınlığına ulaşabiliyor.

Titanyumdan 5 kat daha güçlü

Ekip, nano-ölçekli yapıların stres dağılımını optimize etmek ve dayanıklılığı artırmak için çok amaçlı Bayesian optimizasyon algoritmasını kullandı. Bu algoritma, yalnızca 400 veri noktasına ihtiyaç duyarken, geleneksel yöntemlerde 20.000’den fazla veri gerekebiliyordu. Böylece, daha küçük ama yüksek kaliteli bir veri kümesiyle etkili bir şekilde çalışmak mümkün oldu.

Bu deney, bilim insanlarının nano mimarili malzemeleri optimize etmek için makine öğrenimini uyguladıkları ilk deney oldu. Çalışmanın baş yazarı Peter Serles, elde edilen sonuçların kendilerini şaşırttığını belirtti. Algoritma sadece önceki başarılı tasarımları taklit etmekle kalmayıp, hangi geometrik değişikliklerin işe yaradığını analiz ederek tamamen yeni yapılar öngörebildi.

Araştırmacılar, iki foton polimerizasyonlu 3D yazıcı kullanarak deneysel doğrulama için prototipler üretti. Sonuç olarak, optimize edilmiş karbon temelli nano malzemeler, mevcut tasarımların dayanıklılığını iki katına çıkardı ve yoğunluk başına dayanıklılıkta titanyumdan beş kat daha güçlü hale geldi.

Havacılık ve otomotivde potansiyeli çok büyük

Profesör Filleter, bu yeni malzemelerin uçak, helikopter ve uzay araçlarında ultra hafif bileşenler üretmek için kullanılabileceğini belirtiyor. Araştırmacılara göre, bir uçakta kullanılan titanyum bileşenlerin bu yeni malzeme ile değiştirilmesi, her kilogram başına yılda 80 litre yakıt tasarrufu sağlayabilir. Bu da havacılığın karbon ayak izini önemli ölçüde azaltma potansiyeli taşıyor. Benzer şekilde otomotiv endüstrisinde kullanılması da araçların ağırlığını düşürecek, haliyle menzilin artmasına olanak tanıyacak.