Mokslininkai sukūrė lengviausią ir stipriausią nanomedžiagą

• Dirbtinio intelekto algoritmas buvo išmokytas sukurti lengviausią ir stipriausią įmanomą nanomedžiagos geometrinę struktūrą (priklausomai nuo to, iš ko ji pagaminta).
• Rezultatas – anglies nanotinlelis, kuris yra pakankamai lengvas, kad nesusprogdina net muilo burbulo ant jo uždėtas, bet taip pat gali išlaikyti daugiau nei milijoną kartų didesnę masę, nei sveria pats.
• Šią naująją medžiagą ilgainiui būtų galima pritaikyti įvairiose srityse – nuo lengvesnių automobilių ir raketų, kurioms reikėtų mažiau degalų, iki medicininės įrangos, pavyzdžiui, protezų, kuriuos būtų lengviau nešioti.

Nors vibraniumas gal ir neegzistuoti už superherojų ir mokslinės fantastikos pasaulio ribų, dirbtinis intelektas ką tik sukūrė itin tvirtą medžiagą, kuri yra neįtikėtinai lengva – ir iš tikrųjų egzistuoja.

Ši Toronto universiteto mokslininkų komandos, vadovaujamos inžinieriaus Tobino Filleterio sukurta nauja medžiaga yra tokia pat tvirta kaip plienas, bet sveria maždaug kiek putplastis. Siekdami sukurti šią medžiagą, Filleteris ir jo komanda sugalvojo, kaip išmokyti dirbtinį intelektą atpažinti geriausias nanostruktūrų konfigūracijas, kurios beveik nieko nesvertų, neprarasdamos tvirtumo.

Nanomedžiagos pasižymi kai kuriomis nuostabiomis savybėmis. Kad pasiektų beveik nerealų tvirtumą, jos apjungia tvirtas medžiagas su mikroskopinėmis geometrinėmis struktūromis, tokiomis kaip tinkleliai ir koriai. Kai kurios nanomedžiagos netgi pasiekė stiprumo, standumo ir mechaninių savybių rekordus. Tačiau iki šiol daugumos iš jų problema buvo ta, kad jų nanostruktūrų geometrinės konstrukcijos nesugebėdavo tolygiai paskirstyti įtempių visoje struktūroje, todėl lūždavo.

Norint sukurti medžiagą, kuri būtų ilgaamžiškesnė už savo pirmtakus, prieš pradedant mokyti dirbtinį intelektą, reikėjo pasitelkti žmogaus smegenis．Filleteris ir jo komanda sukūrė algoritmą, skirtą nanomedžiagų dizainui optimizuoti, parenkant geriausią geometrinę struktūrą konkrečiai medžiagai. Tada jie išmokė dirbtinį intelektą atpažinti, kuri struktūra užtikrins geriausias tos medžiagos mechanines savybes – šiuo atveju tai buvo pirolitinė anglis (anglis, gaunama skaidant kitas medžiagas). Dirbtinis intelektas pasiūlė beveik nesunaikinamą tinklelio struktūrą.

„Kartu maksimaliai didinant mechaninį atsaką ir mažinant santykinį tankį… šios anglies nanovamzdeliai pasiekia anglinio plieno gniuždymo stiprį, o tankis – putų polistirolo“, – teigė mokslininkai tyrime, neseniai paskelbtame žurnale Advanced Materials.

Dirbtino intelekto suprojektuotą medžiagą 3D spausdintuvas pavertė realybe. Dėl būtino detalumo lygio kitos nanomedžiagos buvo spausdinamos labai ilgai, tad pavyksta atspausdinti tik nedidelį medžiagos kiekį. Tačiau nanotinklų – nanomedžiagos su atviromis ląstelėmis – struktūros spausdinamos trumpiau. Atspausdinus naują tinklelio medžiagą, ji buvo iškepta, o pirolizuojant, visos kitos medžiagos buvo sudegintos ir liko iš anglies sudarytas tinklelis. Ji galėjo išlaikyti daugiau nei milijoną kartų didesnę masę, tačiau vis dar buvo pakankamai lengva, kad balansuotų ant muilo burbulo.

Dėl greitesnės gamybos buvo galima pagaminti daugiau naujosios nanomedžiagos, nei jos pirmtakių. O kartu su tokiu masto didinimu atsiranda ir galimybės. Dėl lengvo medžiagos svorio galėtų būti lengviau dėvėti ir gyventi su medicinine įranga, pavyzdžiui, protezais ir implantais. Lengvumas taip pat reiškia, kad iš jos pagamintos transporto priemonės – nuo automobilių iki raketų – galėtų judėti greičiau, sunaudodamos mažiau degalų, mažindamos išlaidas ir skatindamos tvarumą.

„Šios metamedžiagos žada revoliuciją medžiagų projektavimo srityje: mažas svoris kosminėje erdvėje, balistinis sugėrimas gynyboje, itin greitas atsakas optikoje ir daugelyje kitų šiuolaikinių dizaino sričių“, – tyrime teigė Filleterio komanda.

Tobulėjant technologijoms, mokslininkai galiausiai galės gaminti medžiagas, kurias iki šiol galėjo tik modeliuoti. Galbūt ši medžiaga ir nėra vibraniumass, bet jau labai prisiartino.

Elizabeth Rayne
www.popularmechanics.com