Η αναζήτηση για νέα, ανθεκτικά και ελαφριά υλικά αποτελεί διαρκή πρόκληση για βιομηχανίες όπως η αυτοκινητοβιομηχανία και η αεροναυπηγική. Ερευνητική ομάδα ανέπτυξε ένα πρωτοποριακό νανοϋλικό, το οποίο μπορεί να αντέξει έως και πέντε φορές μεγαλύτερες φορτίσεις από το τιτάνιο, ενώ έχει βάρος αντίστοιχο με αυτό του φελιζόλ.
Η ανακάλυψη αυτή ανοίγει τον δρόμο για εφαρμογές που μπορούν να αλλάξουν τον τρόπο κατασκευής αεροσκαφών, διαστημοπλοίων και άλλων τεχνολογικών συστημάτων.
Νανοτεχνολογία και μηχανική μάθηση στην ανάπτυξη νέων υλικών
Το νέο υλικό δημιουργήθηκε με τη βοήθεια προηγμένων μεθόδων μηχανικής μάθησης και ειδικών 3D εκτυπωτών. Αποτελείται από νανοπλέγματα, δηλαδή δομές που συνδυάζουν μικροσκοπικά στοιχεία σε έναν γεωμετρικά βελτιστοποιημένο σχεδιασμό. Αυτή η σύνθεση του προσδίδει εξαιρετική ανθεκτικότητα, διατηρώντας ταυτόχρονα χαμηλό βάρος.
Η διάταξη των δομικών στοιχείων του υλικού διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στη συνοχή και την αντοχή του. Ορισμένες γεωμετρικές διαμορφώσεις κατανέμουν τις δυνάμεις καλύτερα, ενώ άλλες δημιουργούν σημεία αδυναμίας, επιτρέποντας ρωγμές και θραύσεις. Με τη βοήθεια ενός προηγμένου αλγορίθμου βελτιστοποίησης, αναλύθηκαν διαφορετικές παραλλαγές της δομής, ώστε να εντοπιστούν οι πιο αποτελεσματικές.
Ο αλγόριθμος, βασισμένος σε αρχές τεχνητής νοημοσύνης, δοκίμασε διαφορετικές διατάξεις και παρήγαγε νέες σχεδιαστικές προτάσεις, οι οποίες αποδείχθηκαν ανθεκτικότερες από τις υπάρχουσες. Η κατασκευή του υλικού επιτεύχθηκε με τη χρήση διφωτονικού πολυμερισμού, μιας προηγμένης μεθόδου μικροεκτύπωσης που επιτρέπει την ακριβή κατασκευή νανοδομών από άνθρακα.
Εφαρμογές στην αεροναυπηγική και τη βιομηχανία
Το νέο υλικό παρουσιάζει τεράστιο ενδιαφέρον για την αεροναυπηγική, καθώς η μείωση του βάρους των κατασκευών σημαίνει εξοικονόμηση καυσίμου και περιορισμό των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Οι αεροπορικές και διαστημικές βιομηχανίες επιδιώκουν διαρκώς τη χρήση υλικών που προσφέρουν ανθεκτικότητα χωρίς να αυξάνουν το συνολικό βάρος των κατασκευών τους.
Η μεγαλύτερη πρόκληση για την ευρεία χρήση του νέου υλικού είναι η μείωση του κόστους παραγωγής. Για να γίνει εμπορικά βιώσιμο, πρέπει να αναπτυχθούν πιο αποδοτικές διαδικασίες παραγωγής που θα επιτρέψουν την κατασκευή του σε μεγαλύτερη κλίμακα και χαμηλότερο κόστος. Επόμενος στόχος της ερευνητικής ομάδας είναι η βελτίωση αυτών των διαδικασιών, ώστε το υλικό να καταστεί προσιτό για βιομηχανική χρήση.
