Исследователи из Университета Торонто разработали революционный наноматериал, который сочетает в себе прочность углеродистой стали и легкость пенопласта. Этот прорыв стал возможным благодаря использованию машинного обучения и нанотехнологий трехмерной печати.
Команда под руководством профессора Тобина Филлетера создала наноматериалы с уникальными свойствами, которые ранее считались несовместимыми. Новый материал построен из крошечных строительных блоков размером в несколько сотен нанометров, что в сто раз тоньше человеческого волоса. Эти углеродные блоки организованы в сложные трехмерные структуры, называемые нанорешетками.
В ходе исследования ученые применили алгоритм многоцелевой байесовской оптимизации, который проанализировал различные геометрические формы для улучшения распределения нагрузки и оптимизации соотношения прочности к весу. Результаты превзошли все ожидания — оптимизированные нанорешетки более чем вдвое превысили прочность существующих конструкций, выдерживая напряжение 2,03 мегапаскаля на каждый кубический метр на килограмм плотности, что в пять раз превышает показатели титана.
Практическое применение этой технологии может произвести революцию в авиакосмической и автомобильной промышленности. По расчетам исследователей, замена титановых компонентов в самолетах на новый материал позволит экономить до 80 литров топлива в год на каждый замененный килограмм, что значительно снизит углеродный след авиаперевозок.
Исследовательская группа продолжает работу над улучшением масштабирования производства этих материалов для создания экономически эффективных компонентов макроуровня. Также ведутся исследования по созданию новых конструкций с еще меньшей плотностью при сохранении высокой прочности и жесткости, сообщает Advanced Materials.