معجزه نانو با ساخت موادی قوی‌تر از فولاد و سبک‌تر از فوم

تهران- ایرنا- محققان دانشگاه تورنتو با ترکیب یادگیری ماشین و چاپ سه‌بعدی در مقیاس نانو، موادی ساخته‌اند که به اندازه فولاد مقاوم بوده و به سبکی فوم هستند. این دستاورد می‌تواند تحولی بزرگ در صنایع هوافضا و خودرو ایجاد کند.

به گزارش روز چهارشنبه گروه علمی ایرنا از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، محققان دانشکده مهندسی و علوم کاربردی دانشگاه تورنتو با استفاده از یادگیری ماشین، موادی نانوساختاری طراحی کرده‌اند که ترکیبی منحصر به فرد از استحکام بالا، وزن کم و قابلیت سفارشی‌سازی را ارائه می‌دهند. این مواد می‌توانند در صنایع مختلف از جمله هوافضا و خودرو تحول ایجاد کنند.

این مواد نانوساختار از بلوک‌های ساختمانی بسیار کوچک یا واحدهای تکراری تشکیل شده‌اند که اندازه آن‌ها تنها چند صد نانومتر است. این بلوک‌ها که از جنس کربن هستند، در ساختارهای سه‌بعدی پیچیده‌ای به نام نانو شبکه‌ها (nanolattices) چیده شده‌اند.

پیتر سرلس، نویسنده اصلی این مقاله چنین توضیح می‌دهد: مواد نانوساختار با ترکیب شکل‌های پرکاربرد در مقیاس نانو، مانند ساخت پل از بلوک‌های مثلثی شکل، و استفاده از اثر «کوچک‌تر یعنی قوی‌تر»، به برخی از بالاترین نسبت‌های استحکام به وزن و سفتی به وزن در بین تمام مواد دست یافته‌اند. با این حال، شکل‌های استاندارد شبکه‌ها معمولاً دارای گوشه‌ها و تقاطع‌های تیز هستند که باعث تمرکز تنش و شکست زودهنگام مواد می‌شوند. این موضوع پتانسیل کلی مواد را محدود می‌کند.

در این میان، یادگیری ماشین به کمک طراحی مواد نانوساختاری می‌آید. برای غلبه بر این چالش، این تیم تحقیقاتی از الگوریتم بهینه‌سازی بیزیان چندهدفه (multi-objective Bayesian optimization) استفاده کردند. این الگوریتم با یادگیری از داده‌های شبیه‌سازی‌شده، بهترین هندسه‌ها را برای بهبود توزیع تنش و افزایش نسبت استحکام به وزن مواد نانوساختاری پیش‌بینی کرد.

پیتر سرلس سپس از یک چاپگر سه‌بعدی مبتنی بر پلیمریزاسیون دو فوتونی در مرکز تحقیقات و کاربرد فناوری‌های سیالی (CRAFT) برای ساخت نمونه‌های اولیه استفاده کرد. این فناوری چاپ سه‌بعدی در مقیاس میکرو و نانو، امکان ایجاد نانو شبکه‌های کربنی بهینه‌شده را فراهم می‌کند، نتایج شگفت‌انگیز بود.

این نانو شبکه‌های بهینه‌شده بیش از دو برابر استحکام طراحی‌های قبلی را نشان دادند و توانستند تنشی معادل ۲.۰۳ مگاپاسکال به ازای هر متر مکعب بر کیلوگرم را تحمل کنند. این مقدار حدود پنج برابر بیشتر از استحکام تیتانیوم است.

سرلس می‌گوید: این اولین بار است که از یادگیری ماشین برای بهینه‌سازی مواد نانوساختار استفاده می‌شود و ما از بهبودهای به‌دست‌آمده شوکه شدیم. این الگوریتم نه تنها هندسه‌های موفق از داده‌های آموزش داده شده پیشین را تکرار نکرد، بلکه از تغییراتی که در شکل‌ها مؤثر بودند یاد گرفت و توانست هندسه‌های کاملاً جدیدی را پیش‌بینی کند.

این مواد جدید می‌توانند در صنعت هوافضا برای ساخت قطعات فوق‌سبک در هواپیماها، هلیکوپترها و فضاپیماها استفاده شوند. این قطعات نه تنها ایمنی و عملکرد را حفظ می‌کنند، بلکه با کاهش وزن، مصرف سوخت را نیز به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهند.

فیلیتر، سرپرست این تحقیق می‌گوید: امیدواریم این طراحی‌های جدید مواد به ساخت قطعات فوق‌سبک در کاربردهای هوافضا منجر شوند که می‌توانند تقاضای سوخت را در طول پرواز کاهش دهند و در عین حال ایمنی و عملکرد را حفظ کنند. این امر در نهایت می‌تواند به کاهش ردپای کربن ناشی از پرواز کمک کند.

سرلس نیز اضافه می‌کند: اگر قطعات ساخته‌شده از تیتانیوم در یک هواپیما را با این مواد جایگزین کنید، می‌توانید به صرفه‌جویی ۸۰ لیتر سوخت در سال به ازای هر کیلوگرم مواد جایگزین‌شده دست یابید.

این پروژه چندوجهی، عناصر مختلفی از علوم مواد، یادگیری ماشین، شیمی و مکانیک را گرد هم آورده است تا به بهبود و پیاده‌سازی این فناوری کمک کند. گام‌های بعدی این تیم تحقیقاتی شامل بهبود مقیاس‌پذیری این طراحی‌های مواد برای ساخت قطعات در مقیاس بزرگ و مقرون‌به‌صرفه است.

فیلیتر می‌گوید: علاوه بر این، ما به بررسی طراحی‌های جدیدی ادامه خواهیم داد که چگالی مواد را حتی بیشتر کاهش دهند و در عین حال استحکام و سفتی بالایی را حفظ کنند.

این دستاورد علمی نه تنها نشان‌دهنده پتانسیل بالای ترکیب یادگیری ماشین و فناوری‌های پیشرفته ساخت است، بلکه می‌تواند راه را برای نوآوری‌های بیشتر در صنایع مختلف هموار کند.

لینک خبر

لینک های ویژه


گوناگون

بهترین تعمیرگاه بنز در تهران

امداد خودرو مرودشت

امداد خودرو استان مرکزی


آخرین اخبار


تسنیم : دست رد اهالی جنوب سوریه به بسته‌ معیشتی ارتش اسرائیل

ایرنا : کانادا برای پیوستن به گنبد آهنین آمریکا ابراز تمایل کرد

تسنیم : ترامپ دادگاه لاهه را تحریم کرد

تسنیم : حملات هوایی ارتش اسرائیل به شرق و جنوب لبنان

مهر : ترامپ: دیوان کیفری بین المللی هیچ صلاحیتی بر آمریکا و اسراییل ندارد

ایسنا : هنوز زمان ارزیابی تاثیر تعرفه‌ها بر اقتصاد نیست

ایسنا : یک آزمایش ساده برای کشف حیات بیگانه

مهر : فیلم واژگونی شدید خودرو ۲۰۶ در بزرگراه آزادگان جنوب

ایرنا : کولاک در گردنه‌های شرق کرمانشاه؛ تلاش برای بازگشایی جاده‌ها ادامه دارد + فیلم

ایرنا : گرینلند درباره استقلال از دانمارک رای‌گیری می‌کند

ایسنا : شمار متقاضیان بیمه بیکاری در آمریکا فراتر از برآوردها شد

مهر : اذعان مقام صهیونیست به استفاده از پروتکل هانیبال در هفتم اکتبر

مهر : اذعان مقام صهیونیست به استفاده از پروتکل هانیبال از سوی تل آویو در هفتم اکتبر

ایرنا : ترامپ فرمان اعمال تحریم‌ها علیه دیوان کیفری بین المللی را صادر کرد

مهر : انتشار نخستین تصاویر از حمله صهیونیست‌ها به محل اقامت سیدحسن نصرالله+فیلم

مهر : کارگاه «اشتغال آفرینی خیاطی» در زندان مرکزی سنندج افتتاح شد

ایرنا : زمان خروج نظامیان فرانسه از ساحل عاج مشخص شد

مهر : کردستانی‌ها پنج رتبه برتر مسابقات منطقه‌ای قرآن روستاییان کشور را کسب کردند

ایسنا : ویدیو/ «تاکسیدرمی» یک کمدی دهه پنجاهی

ایسنا : تاثیر تعرفه‎‌ها بر تورم انگلیس مبهم است

ایرنا : نجات ۴۳۰ خودرو گرفتار در کولاک جاده‌های شاهین دژ/ تردد تنها با زنجیرچرخ امکان پذیر است

مهر : سقوط چندین بهمن در گردنه ژالانه ۴۰ خودرو را گرفتار کرد

تسنیم : بارسلونا خانه والنسیا را بر سرش خراب کرد/ هت‌تریک تورس

مهر : برگزاری ویژه‌برنامه «با این ستاره‌ها» برای راهیان نور

ایسنا : از ترک کردن نشست توسط مجید صالحی تا ماجرای فیلمی که فانتزی بود

ایرنا : از پیروزی استقلال خوزستان در طوفان شدید تا کسب مقام سوم اسنوکر حرفه‌ای توسط وفایی

ایرنا : لیورپول فینالیست جام اتحادیه انگلیس شد/ تاتنهام مقهور یاران صلاح

ایسنا : صدقی: بستری فراهم می‌کنیم که هاکی‌بازان بدون مهاجرت، لژیونر شوند

مهر : برنامه‌ریزی برای تولید ۳۰ هزار مگاوات برق هسته‌ای تا سال ۱۴۲۰

تسنیم : لیورپول، تاتنهام را له کرد و به فینال جام اتحادیه رسید

مهر : ورود و خروج طی روزهای شنبه و یکشنبه در گیلان ممنوع شد

ایسنا : پیام وزیر آموزش و پرورش در پی حادثه واژگونی اتوبوس دانش آموزان کرمانی

مهر : جام اتحادیه فوتبال انگلیس؛رویای «جام» از دست رفت؛ تحقیر تاتنهام در آنفیلد

تسنیم : «موسی کلیم‌الله»؛ عبور از نیل سینمای سنتی

ایرنا : واکنش سازمان ملل به تحریم دیوان کیفری بین‌المللی از سوی ترامپ

ایرنا : واکنش سازمان ملل به تحریم احتمالی دیوان کیفری بین‌المللی از سوی آمریکا

ایرنا : واکنش سازمان ملل به تحریم احتمالی دیوان کیفری بین‌المللی از سوی ترامپ

مهر : بارش برف در محورهای استان قزوین

مهر : سری آ ایتالیا؛ شکست سنگین یاران مهدی طارمی برابر فیورنتینا

مهر : شرکت مس پاسخگوی نابسامانی‌ها باشد؛ از «طلا» گشتن پشیمان گشته‌ایم

مهر : صادق: سانحه اتوبوس دختران کرمانی پیگیری می‌شود

مهر : خروج یک چرخ قطار جلفا به تبریز/مسافران سلامت به مقصد رسیدند

ایسنا : برگزاری هفت محفل «تلاوت مهدوی» در ایام نیمه شعبان

مهر : دستاوردهای کشور در حوزه انرژی هسته ای از نقاط قوت ما است

تسنیم : باخت بد اینتر در بازی معوقه/ حضور کوتاه طارمی

ایسنا : افتتاح بازار تره‌بار جدید با معماری ایرانی-اسلامی در تهران/ افزایش سرعت ساخت بازارهای میوه و تره‌بار پایتخت

ایرنا : تاکید وزیر آموزش و پرورش بر پیگیری مستمر درمان دانش آموزان مجروح حادثه کرمان

مهر : حمله هوایی رژیم صهیونیستی به لبنان

ایرنا : بخش مقابله با تهدیدات خارجی در انتخابات آمریکا در اف‌بی‌آی تعطیل می‌شود

Loader

در حال دریافت و بارگذاری جدیدترین اخبار

... لطفا چند ثانیه منتظر بمانید